Prova del video a banda base con oscilloscopi digitali al
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Prova del video a banda base con oscilloscopi digitali al
Nota applicativa Prova del video a banda base con oscilloscopi digitali al fosforo I segnali video sono forme d’onda complesse costituite da segnali rappresentanti un’immagine e informazioni di temporizzazione necessarie per visualizzare l’immagine. Per catturare e misurare questi segnali complessi bisogna disporre di strumenti di grande potenza personalizzati per questa applicazione. Tuttavia, a causa della grande varietà degli standard video, è anche necessario utilizzare uno strumento di misurazione generico in grado di fornire le informazioni in modo accurato, semplice e veloce. Infine, per poter visualizzare tutti i dettagli delle forme d’onda del video, una tecnologia di acquisizione veloce ed una visualizzazione ad intensità graduata offrono l’affidabilità e la capacità necessarie per rilevare e diagnosticare i problemi correlati ai segnali. Questa nota applicativa illustra l’uso di un oscilloscopio digitale al fosforo TDS della serie 700D della Tektronix nell’esecuzione di misurazioni relative a diversi video a banda base di tipo comune e prende in esame alcuni dei principali problemi che si possono incontrare quando si eseguono le misure. Informazioni di base sui video I segnali video possono provenire da diverse sorgenti che comprendono le macchine fotografiche, gli scanner e i terminali grafici. Solitamente, un segnale video a banda base nasce come un insieme di tre segnali di tipo analogico o digitale che rappresentano i tre colori primari, ovvero il rosso, il verde e il blu. Questi tre segnali componenti uniti insieme costituiscono quello che viene definito il segnale RGB. I segnali video a banda base non vengono modulati su una portante RF, come succede nei sistemi di trasmissione via cavo o terrestri analogici. Nella Figura 1 viene mostrato un diagramma a blocchi di un tipico sistema video. Notare che il segnale video cambia formato nel percorso dalla sorgente alla destinazione. Per progettare questo tipo di sistemi e ricercarne i guasti, gli strumenti di prova devono essere in grado di poter esaminare i segnali in una grande varietà di formati. Conversione La conversione è la fase successiva in cui si riscontrano le differenze effettive degli standard video. Il segnale RGB viene convertito in tre segnali componenti: • Un segnale di luminanza, Y • Due segnali di differenza colore, di solito B-Y e R-Y In base allo standard o al formato utilizzato, è possibile modificare i segnali di differenza colore. Ad esempio, I e Q per i sistemi NTSC, U e V per i Figura 1. Diagramma a blocchi di un tipico sistema video sistemi PAL, PB e PR per i sistemi SMPTE, ecc. I tre segnali componenti derivati possono, quindi, essere distribuiti per l’elaborazione. Elaborazione In questa fase, i segnali video componenti possono essere combinati in un unico segnale video composito (come avviene nei sistemi NTSC o PAL), suddivisi in segnali di luminanza e di crominanza (come avviene nei sistemi Y/C: S-VHS o Hi-8) oppure mantenuti separati come segnali componenti discreti (come avviene nella grafica RGB e nei sistemi HDTV). Segnali video compositi Per la TV via cavo e per le trasmissioni analogiche, i segnali più utilizzati sono i segnali compositi costituiti da più di un segnale componente. Nell’America del Nord e in Giappone, ad esempio, il sistema NTSC definisce il modo in cui luminanza (informazioni in bianco e nero), crominanza (informazioni a colori) e sincronizzazione (informazioni di temporizzazione) vengono codificate nel segnale video composito. In Europa, gli standard PAL forniscono la stessa funzione. Nel caso degli standard NTSC e PAL, i segnali di crominanza vengono modulati su una coppia di sottoportanti per il colore. Il segnale di crominanza modulato viene quindi aggiunto al segnale di luminanza per formare la porzione attiva del segnale video. In ultimo, vengono aggiunte le informazioni sulla sincronizzazione. Sebbene complesso, questo segnale composito è di fatto un unico segnale che può essere trasmesso tramite un unico cavo coassiale. Segnali video componenti I segnali componenti hanno il vantaggio della semplicità di generazione, registrazione ed elaborazione laddove è possibile applicare ai segnali molte combinazioni di commutazione, missaggio, effetti speciali, correzione del colore, riduzione del rumore e altre funzioni. Dal momento che, a differenza dei segnali video compositi, i sistemi video componenti e le relative attrezzature non necessitano di codifica/ decodifica, l’integrità del segnale viene più facilmente mantenuta garantendo una migliore qualità delle immagini. Tuttavia, i segnali vengono trasportati tramite cavi separati. In pratica, questa condizione pone dei limiti sulle distanze su cui possono essere trasportati i segnali e richiede un’attenta corrispondenza dei percorsi dei segnali. Segnali video Y/C Una soluzione intermedia, implementata nei sistemi S-VHS e Betacam, modula i segnali di crominanza su una coppia di sottoportanti per il colore, ma mantiene il segnale di crominanza separato da quello di luminanza. Questa soluzione riduce il numero dei dispositivi di luminanza/ crominanza dei sistemi compositi e al contempo semplifica i problemi di temporizzazione tra i canali dei sistemi componenti. Questa coppia di segnali può essere trasportata tramite un unico cavo di tipo speciale. Visualizzazione Dopo la trasmissione, l’obiettivo è riprodurre fedelmente l’immagine elaborata. Nei sistemi compositi, il segnale viene decodificato in formato componenti e quindi convertito in formato RGB per essere visualizzato. I segnali video componenti vengono sottoposti ad una elaborazione ridotta, in quanto vengono direttamente convertiti in un segnale RGB per la visualizzazione. Figura 2. I segnali di sincronizzazione in un segnale video a banda base composito analogico forniscono i segnali di temporizzazione necessari per riprodurre sullo schermo un segnale video. Segnali di sincronizzazione video analogici Esaminiamo più in dettaglio un segnale video a banda base analogico. Per riprodurre un’immagine, viene eseguita la scansione in orizzontale e in verticale sia per la camera che per lo schermo (vedere Figura 2a). La scansione delle linee orizzontali sullo schermo può avvenire in modalità alternata (prima le linee dispari e poi quelle pari), così come avviene nei sistemi “interlacciati”, oppure in modalità sequenziale (una dopo l’altra), così come avviene nei sistemi di scansione “progressivi”. Ogni scansione verticale è chiamata “campo”. Due campi interlacciati costituiscono un “frame”. Sia la camera che il ricevitore devono essere sincronizzati affinché sia possibile effettuare la scansione della stessa porzione d’immagine allo stesso tempo. Questa sincronizzazione viene gestita dall’impulso di sincronizzazione orizzontale che genera una traccia orizzontale. Durante l’intervallo di interruzione orizzontale, il raggio ritorna sul lato sinistro dello schermo ed attende il successivo impulso di sincronizzazione orizzontale prima di tracciare un’altra linea. Questo processo è chiamato “ritracciamento orizzontale” (vedere Figura 2b). Una volta raggiunta la fine dello schermo, per generare il successivo campo il raggio deve tornare all’inizio dello schermo. Questo processo è chiamato “ritracciamento verticale” ed è basato sugli impulsi di sincronizzazione verticale (vedere Figura 2c). Il processo di ritracciamento verticale impiega più tempo di quello orizzontale, pertanto viene utilizzato un intervallo di sincronizzazione più lungo (intervallo di interruzione verticale). Durante gli intervalli di interruzione orizzontale e verticale, sullo schermo non vengono scritte informazioni. Ogni standard video definisce una serie di segnali di sincronizzazione che controllano il modo in cui deve essere visualizzato il segnale video. I segnali PAL visualizzano un frame video 25 volte al secondo ed ogni frame contiene 625 linee video. I segnali NTSC visualizzano un frame video 30 volte al secondo, ma ogni frame contiene solo 525 linee video. Alcuni monitor ad alta risoluzione per computer riescono a visualizzare più di 1000 linee con una frequenza di frame pari a 72 volte al secondo. Tenere presente che i segnali componenti necessitano anche dei segnali di temporizzazione. La sincronizzazione viene spesso combinata con uno dei componenti (ad esempio, con il canale del colore verde). Interfaccia digitale seriale Per le applicazioni video digitali, i sistemi SMPTE e ITU specificano il modo in cui il segnale video viene rappresentato e formato in un flusso di dati seriali. Ad esempio, il segnale composito seriale più utilizzato è un segnale NTSC campionato alla velocità di 14,3 MS/s con una risoluzione di 8-10 bit. Il flusso di bit risultante (143 Mb/s) viene convertito nella codifica NRZI (Non-Return-to-ZeroInverted) e reso indecifrabile in modo che possa essere trasmesso tramite un cavo coassiale da 75 Ω. Negli “studios”, lo standard più utilizzato campiona i segnali componenti (Y, PR e PB) alla velocità di 13,5 MS/s con una risoluzione di 8-10 bit. Anche questo flusso di bit (270 Mb/s) viene codificato e reso indecifrabile in modo che possa essere trasmesso tramite un cavo coassiale da 75 Ω. Requisiti per l’esecuzione della prova Prima di illustrare le misurazioni dei segnali video, vediamo quali sono i requisiti per l’impostazione della prova. Questi requisiti includono le capacità e le specifiche dell’oscilloscopio, le condizioni di segnale e il trigger. Requisiti dell’oscilloscopio La maggior parte degli oscilloscopi si caratterizza per alcune specifiche fondamentali. Solitamente, la prima specifica è la larghezza di banda. Per assicurare una rappresentazione accurata del segnale, si consiglia di utilizzare un oscilloscopio la cui larghezza di banda analogica sia almeno cinque volte superiore alla larghezza di banda del segnale stesso. Per valutare la larghezza di banda del segnale che si intende misurare, dividere il numero 0,35 per il 10-90% del tempo di salita del segnale componente più veloce. La frequenza di campionamento determina la velocità di campionamento del segnale. In teoria, la frequenza di campionamento deve essere almeno il doppio della larghezza di banda del segnale. In pratica, per poter catturare i segnali con precisione in un’unica acquisizione e per poterli visualizzare con l’interpolazione sin(x)/x, la frequenza di campionamento su ogni canale dell’oscilloscopio dovrebbe essere 4 o 5 volte superiore alla larghezza di banda del segnale. Spesso è necessario acquisire i segnali in modo ripetitivo per monitorare le modifiche nel tempo. Sfortunatamente, gli oscilloscopi tradizionali a memoria digitale catturano i segnali con una frequenza di ripetizione molto più bassa di quelli analogici. Per essere sicuri di avere una visualizzazione in tempo reale del segnale, è necessario osservare la frequenza con cui l’oscilloscopio cattura la forma d’onda. Questa frequenza specifica la velocità di acquisizione dei segnali (espressa in forme d’onda al secondo). Ad esempio, se si esaminano tutte le linee dei segnali dei sistemi NTSC o PAL, dovrebbero vedersi più di 15.000 forme d’onda al secondo. La lunghezza di registrazione di un oscilloscopio digitale indica quanti punti di campionamento vengono acquisiti dall’oscilloscopio nella registrazione di una forma d’onda. Il risultato è un rapporto inverso tra il dettaglio e la lunghezza di registrazione oppure tra la frequenza di campionamento e la durata dell’acquisizione. È possibile acquisire un’immagine molto dettagliata di un segnale per un breve periodo di tempo (l’oscilloscopio “visualizza” rapidamente i punti della forma d’onda), oppure un’immagine meno dettagliata ma per un periodo di tempo più lungo. Modalità di acquisizione e visualizzazione Il più grosso problema di visualizzazione per molti tecnici video è la visualizzazione ad intensità graduata. Questo tipo di visualizzazione, una caratteristica comune di diversi oscilloscopi analogici e monitor di forme d’onda, mostra l’andamento su base statistica del segnale variando l’intensità dei campioni visualizzati. I segnali che ricorrono frequentemente vengono visualizzati con un’alta luminosità, mentre i dettagli relativamente meno frequenti risultano meno luminosi in proporzione. L’oscilloscopio digitale al fosforo TDS della serie 700D fornisce la funzione di visualizzazione ad intensità graduata, offrendo un quadro accurato tramite informazioni visualizzate con intensità diverse e consentendo di rilevare le variazioni e i dettagli minimi del segnale. Dal momento che molti oscilloscopi a memoria digitale non sono in grado di acquisire dati sufficienti per visualizzare in modo accurato il segnale video, per compensare questa insufficienza sono stati resi disponibili negli oscilloscopi DSO speciali modalità di acquisizione e visualizzazione. La modalità di acquisizione di base di un oscilloscopio digitale è la modalità Sample, in cui la forma d’onda viene campionata nel tempo e l’ampiezza di ogni campione viene digitalizzata e visualizzata. Con l’uso dell’interpolazione, questi campioni possono es- sere connessi per creare una visualizzazione continua della forma d’onda. Inoltre, un oscilloscopio è in grado anche di elaborare in modo digitale il segnale prima di visualizzarlo, facilitando in questo modo le misurazioni complesse. Ad esempio, è possibile utilizzare la modalità di acquisizione Average dell’oscilloscopio per eliminare gli effetti del rumore casuale e consentire quindi misurazioni di ampiezza precise. Questa funzione, che si trova nel menu ACQUIRE, regola la forma d’onda sulla base della media di più forme d’onda. La modalità HiRes filtra i campioni catturati durante una acquisizione per creare un segnale a larghezza di banda più bassa e a più alta risoluzione. D’altro canto, potrebbe anche essere necessario vedere e misurare un rumore relativamente piccolo su un segnale video relativamente grande. Per problemi di questo genere, la modalità Zoom Preview dell’oscilloscopio TDS consente di esaminare in dettaglio il segnale e di espandere la forma d’onda. È possibile espandere e posizionare la forma d’onda orizzontalmente o verticalmente per confronti accurati tra i dettagli senza influenzare in alcun modo le acquisizioni in corso. Esistono altre funzioni di acquisizione che consentono facilmente di osservare il rumore in un punto qualsiasi della forma d’onda del segnale video. La modalità Peak Detect consente di catturare e visualizzare i valori minimo e massimo di una forma d’onda e quindi i casi limite di escursione di ampiezza. La modalità di acquisizione Envelope fa sì che l’oscilloscopio accumuli e visualizzi i valori minimo e massimo di una serie di forme d’onda nel tempo. Funzioni di misurazione Se si lavora con i segnali NTSC o PAL, i reticoli dei video dei TDS consentono di visualizzare il segnale in un formato familiare. È possibile selezionare i reticoli per i segnali NTSC e PAL nel menu DISPLAY. Quando si seleziona uno dei reticoli disponibili, l’oscilloscopio regola automaticamente la scala del segnale video in base al reticolo scelto. Grazie a questa funzione è possibile valutare rapidamente il segnale catturato. È possibile effettuare le misurazioni manuali sullo schermo utilizzando i cursori. I controlli dei cursori si trovano nel menu CURSOR. I cursori per la direzione orizzontale consentono di misurare le ampiezze del segnale, con indicazioni in Volt o IRE (per i segnali NTSC). I cursori per la direzione verticale consentono di misurare i parametri di temporizzazione del segnale, con indicazioni in secondi, Hertz o numero di linee video. I cursori accoppiati consentono di misurare simultaneamente l’ampiezza relativa e i parametri di temporizzazione. La potenza di elaborazione dell’oscilloscopio digitale al fosforo può anche essere sfruttata per misurare automaticamente diversi parametri di un segnale. Ad esempio, è possibile misurare facilmente l’ampiezza da picco a picco, la durata dell’impulso di sincronizzazione e la temporizzazione tra i canali. È possibile selezionare e controllare le misurazioni automatizzate tramite il menu MEASURE. Condizioni di segnale Terminazione La maggior parte dei sistemi video sono progettati per far arrivare un segnale di ampiezza conosciuto, ad un valore di impedenza specifico. Di conseguenza, per le basse frequenze l’accuratezza delle misurazioni dipende dal fatto che il segnale incontri una terminazione con un valore di resistenza preciso, generalmente 75 Ω. Per le frequenze più alte, la terminazione deve corrispondere all’impedenza della linea di trasmissione (solitamente un cavo coassiale). In questo caso, l’impedenza di terminazione deve avere una resistenza precisa con una reattanza trascurabile (massimizzazione dell’attenuazione di riflessione e minimizzazione del rapporto d’onda stazionaria della tensione). Un terminatore di questo tipo è l’AMT75 della Tektronix che ha una specifica di 1 GHz. L’utilizzo di terminatori non appropriati può causare una mancanza di accuratezza nella risposta in frequenza. Morsetto per il video Un’anomalia di segnale piuttosto comune, riscontrabile nelle misurazioni dei segnali video analogici, è il ronzio alle basse frequenze prodotto dalla tensione della linea C.A. Se non viene eliminato dal segnale video, questo ronzio può causare la deriva verso l’alto e verso il basso della visualizzazione del segnale e la variazione del punto di trigger. L’opzione trig- ger video dell’oscilloscopio TDS 700D include un morsetto per il video che elimina il ronzio prodotto dalla tensione della linea C.A., nonché qualsiasi offset C.C. presente sul segnale. Se il segnale è stato accoppiato in C.A., il morsetto elimina anche le variazioni riscontrabili alle basse frequenze che danno luogo a cambiamenti del livello medio dell’immagine. Il morsetto si collega al connettore BNC di entrata e funziona come preprocessore del segnale video, restituendo la componente continua a tutti i segnali video standard. Il morsetto del video fornisce anche risposte in frequenza piatte, consentendo misurazioni accurate dei segnali video. Trigger Il primo passo da eseguire per misurare le forme d’onda dei segnali video è cercare di ottenere una forma d’onda stabile. Per poter catturare e analizzare il segnale, è necessario prima eseguire il trigger dell’oscilloscopio sul segnale. Per rendere il lavoro più semplice, gli oscilloscopi TDS sono forniti di diverse modalità avanzate di trigger. Trigger video composito analogico Per selezionare l’opzione trigger video degli oscilloscopi TDS, premere il pulsante TRIGGER sul pannello anteriore e scegliere “Video” nel menu dei tipi di trigger che viene visualizzato. Questa selezione consente di impostare automaticamente il trigger dell’oscilloscopio su segnali video NTSC a 525 linee e a 60Hz. Inoltre, blocca lo strumento sul campo colore 1 interlacciato utilizzando la polarità negativa dell’impulso di sincronizzazione (vedere Figura 3). Utilizzare i menu per modificare le impostazioni predefinite. Per poter eseguire il trigger sui sistemi PAL/SECAM, HDTV e su una gamma di segnali video personalizzati, selezionare l’opzione “Standard”. Se la parte del circuito che si sta mettendo a punto ha il segnale video invertito, selezionare l’opzione “Sync Polarity” e impostare la sincronizzazione positiva. Selezionare “Field” nel menu principale e, nel menu laterale che viene visualizzato, selezionare tutti i campi video oppure solo quelli dispari, pari o numerici. Dal momento che molte delle informazioni più importanti di un segnale video si trovano su specifiche linee del video, è possibile scegliere quali linee video devono essere visualizzate. Selezionare l’opzione “Line” nel menu laterale e ruotare la manopola generale oppure utilizzare il tastierino numerico per specificare la linea da visualizzare. Per una più facile lettura dello schermo, viene anche visualizzato il numero della linea. Trigger FlexFormat In tutto il mondo è in fase di sviluppo una grande varietà di sistemi video ad alta definizione. Questi includono i formati 787,5/60, 1050/60, 1125/ 60 e 1250/50. Tuttavia, altri nuovi formati sono ancora in corso di sperimentazione. In alcuni mercati sono stati sviluppati formati ad alta definizione specifici e sono stati stabiliti standard appositi. Ad esempio, nel mercato dell’imaging clinico e nel settore militare sono stati sviluppati standard HDTV per soddisfare le esigenze più immediate. Questo può generare ulteriore confusione nella scelta degli strumenti di misurazione e prova dei video. L’opzione trigger video degli oscilloscopi TDS offre la soluzione per le esigenze specifiche di trigger HDTV. Con la Figura 3. Il trigger video del TDS consente di scegliere lo standard video, il canale, la polarità di sincronizzazione, il campo e la linea desiderati. modalità trigger FlexFormat™, è possibile specificare i parametri di temporizzazione degli impulsi di sincronizzazione a tre livelli personalizzati (vedere Figura 4), selezionare qualsiasi frequenza di campo compresa tra 20 e 200 Hz con una risoluzione massima di due cifre e definire il numero di linee e di campi per il formato personalizzato. Trigger per singolo pixel Poiché nel mercato dei monitor si sta diffondendo sempre più l’uso degli schermi piatti, le applicazioni di progettazione e di ricerca dei guasti necessitano di capacità di analisi e di trigger a livello di singolo pixel. Un oscilloscopio TDS che dispone dell’opzione trigger video e del trigger “Delay By Events”, consente di definire ogni impulso del clock di sistema del dispositivo sottoposto alla prova come un evento. Ogni evento corrisponderà ad un pixel e gli eventi successivi corrisponderanno ai pixel successivi. Per prima cosa, connettere il segnale video che si desidera provare al Canale 1. Impostare il trigger principale del Canale 1 per eseguire il trigger sul segnale video. Premere il pulsante TRIGGER MENU sul pannello anteriore e selezionare il trigger VIDEO. Selezionare lo standard e i parametri appropriati per eseguire il trigger sulla sezione del segnale che si desidera provare. Figura 4. La modalità di trigger FlexFormat consente di definire i tempi di inizio e di fine degli impulsi di sincronizzazione a tre livelli dei campi pari e dispari. Quindi, connettere il clock di riferimento del sistema al Canale 2. Impostare il trigger ritardato per l’uso del Canale 2 come sorgente propria, premendo i pulsanti SHIFT e TRIGGER MENU sul pannello anteriore, quindi selezionare Channel 2 come sorgente del trigger ritardato. A questo punto, selezionare Delay By Events. Attivare il trigger ritardato selezionando nel menu Horizontal la base dei tempi Delayed Only. A questo punto, tornare nel menu Delay Trigger e selezionare l’evento che si desidera osservare oppure immettere il numero appropriato tramite il tastierino numerico (vedere Figura 5). Trigger digitale seriale (NRZ) Il modo più comune per qualificare un segnale digitale seriale è esaminare un dia- gramma ad occhi. Questo tipo di diagramma è una visualizzazione composita di molte acquisizioni di forme d’onda, sovrapposte una all’altra e che formano un’immagine consolidata degli impulsi di dati che somiglia ad un occhio. In generale, maggiore è l’apertura del centro dell’occhio, migliori sono le prestazioni del sistema sottoposto alla prova. Maggiore è l’apertura verticale e maggiore è la tolleranza del rumore, mentre un’apertura orizzontale più larga indica una maggiore tolleranza del jitter. In altre parole, un rumore di ampiezza o un jitter di temporizzazione eccessivi tendono a restringere l’occhio. L’oscilloscopio può eseguire il trigger sul fronte di salita del clock di sistema seriale ed acquisire i dati che coincidono con il fronte di clock. Questo metodo richiede la correla- Figura 5. Il clock di sistema (forma d’onda inferiore) funziona come trigger ritardato per il segnale video (forma d’onda superiore). Con l’opzione Delay By Events, ogni evento corrisponde ad un pixel ed è possibile osservare il segnale video su ogni pixel. zione tra il clock e i segnali dei dati. In alternativa, l’oscilloscopio può eseguire il trigger sui dati stessi, attendere alcuni intervalli di unità e, quindi, acquisire un numero sufficiente di forme d’onda per generare una visualizzazione. Questa operazione può essere effettuata con una base dei tempi ritardata con il ritardo basato sul tempo o sugli eventi. Un metodo più semplice consiste nell’utilizzare un trigger diagramma ad occhi. Selezionare il trigger COMM nel menu TRIGGER dell’oscilloscopio TDS 700D e NRZ nel menu del codice. A questo punto, quando si seleziona lo standard del video digitale seriale nell’elenco, l’oscilloscopio viene automaticamente impostato per visualizzare il diagramma ad occhi del segnale (vedere Figura 6). Figura 6. L’impostazione di un diagramma ad occhi è un’operazione semplice se si utilizza il trigger del segnale di comunicazione NRZ. Misurazioni dei segnali video Monitoraggio dei segnali video Nel monitoraggio dei segnali video analogici o digitali, lo strumento più prezioso per la ricerca dei guasti è costituito da un oscilloscopio con la funzione di visualizzazione ad intensità graduata specifica per le applicazioni video. Le variazioni minime di segnale, non visibili con il normale display di un oscilloscopio DSO, possono indicare la differenza tra un sistema video che funziona e uno che non funziona. Visualizzazione ad alta frequenza e ad intensità graduata dei video puntuali La visualizzazione più comune di un video analogico è la visualizzazione a frequenza orizzontale dell’ampiezza del segnale rispetto al tempo, che si ottiene tramite il trigger sul fronte del segnale della sincronizzazione. Nella Figura 7 viene mostrato un oscilloscopio digitale al fosforo con visualizzazione ad intensità graduata (e una frequenza di cattura delle forme d’onda sufficiente a catturare tutte le linee) che fornisce la visualizzazione tradizionale ad alta frequenza. Visualizzazione XY della crominanza La modalità di visualizzazione XY dell’oscilloscopio digitale al fosforo permette di visualizzare il confronto tra due segnali in una maniera simile a quella di un oscilloscopio vettoriale. Selezionare l’opzione FORMAT nel menu DISPLAY, quin- Figura 7. Visualizzazione di forme d’onda a frequenza orizzontale che mostra l’effetto di una visualizzazione ad intensità graduata sull’oscilloscopio. di selezionare la modalità XY. Se un segnale B-Y è connesso al Canale 1 e un segnale R-Y è connesso al Canale 2, la visualizzazione dell’oscilloscopio sarà simile a quella di un comune oscilloscopio vettoriale. Inoltre, la visualizzazione a intensità graduata mostra dettagli del segnale non visibili con le visualizzazioni ordinarie di un oscilloscopio DSO. Visualizzazione ad intensità graduata dei diagrammi ad occhi dei video digitali L’intensità graduata è importante nel monitoraggio delle visualizzazioni dei diagrammi ad occhi dove è importante un controllo di qualità costante sulle variazioni del segnale, siano esse dovute a rumori o a jitter di temporizzazione. Le visualizzazioni ad intensità graduata, disponibili con gli oscilloscopi analogici o digitali al fosforo, unite ad un’alta frequenza di cattura delle forme d’onda, rappresentano il metodo migliore per catturare e identificare le anomalie di tipo raro. Misurazioni dei segnali analogici Misurazioni dell’ampiezza Le misurazioni dell’ampiezza con un oscilloscopio possono essere eseguite in vari modi. Ad esempio, per misurare l’ampiezza da picco a picco del segnale di burst del sistema NTSC, è possibile confrontare il segnale con il reticolo video IRE dell’oscilloscopio TDS 700D (vedere Figura 8). Per effettuare la stessa misurazione, è anche possibile utilizzare i cursori video dello stesso oscilloscopio. Infine, se si desidera analizzare le variazioni nel tempo, l’oscilloscopio può effettuare automaticamente una serie di misurazioni e accumulare informazioni statistiche. Misurazioni di temporizzazione Le misurazioni di temporizzazione sono particolarmente critiche per i sistemi componenti analogici che richiedono una temporizzazione precisa tra i canali. La caratteristica principale di un oscilloscopio a più canali può essere la visualizzazione della differenza relativa di temporizzazione tra i vari canali. Per poter visualizzare con precisione i vari canali, è necessario far corrispondere i ritardi dei percorsi delle sonde. A tal fine, è possibile utilizzare la funzione di disallineamento disponibile nel menu VERTICAL dell’oscilloscopio TDS 700D. Connettere Figura 8. Esempio di misurazioni di ampiezza su un segnale NTSC. le due sonde ad un L’ampiezza da picco a picco del pacchetto di burst può essere misurata visisegnale comune e regovamente con il reticolo oppure con i cursori video (notare l’indicazione del lare il disallineamento cursore nell’angolo superiore destro). Figura 9. La temporizzazione tra canali è fondamentale nei sistemi video a componenti analogici. La visualizzazione mostra la temporizzazione relativa della luminanza e uno dei segnali di differenza colore (dopo che i ritardi sui cavi sono stati equalizzati con i controlli per il disallineamento dei canali). dei canali con la manopola generale fin quando le tracce sullo schermo non risultano allineate. A questo punto, connettere i segnali desiderati ai canali dell’oscilloscopio e regolare i controlli di temporizzazione dei canali in modo da farli corrispondere ai segnali (vedere Figura 9). L’oscilloscopio può anche eseguire automaticamente le misurazioni di temporizzazione e accumulare le statistiche relative a tali misure. Ad esempio, per misurare l’ampiezza di sincronizzazione, è possibile eseguire il trigger sul fronte iniziale del segnale di sincronizzazione, attivare la modalità di acquisizione HiRes e regolare i controlli per la direzione orizzontale e verticale in modo che l’impulso di sincronizzazione occupi la maggior parte dello schermo. Questa operazione rende il sistema di misurazione ancora più accurato. A questo punto, attivare la misurazione della durata dell’impulso negativo nel menu MEASURE. Per controllare la media (µ) e la deviazione standard (σ) della misurazione della durata dell’impulso, abilitare le statistiche sulle misurazioni Figura 10. Le misurazioni di temporizzazione automatiche offrono un metodo facile e preciso per misurare in modo ripetitivo i parametri di base dei segnali. Misurazioni dei video digitali seriali Misurazioni dei jitter Il jitter di temporizzazione su un segnale può influenzare la capacità di decodificazione di un flusso di dati video da parte di un ricevitore. Gli effetti sono chiaramente visibili su un diagramma ad occhi poiché il jitter restringe l’apertura dell’occhio. Con l’aumentare del jitter i punti di transizione dei dati si avvicinano sempre di più al punto di decisione del ricevitore, facendo aumentare il BER (Bit Error Rate) del sistema. I tipi di jitter sono due: deterministico e casuale. Il primo tipo, detto anche dipendente dai dati, è causato dalla sequenza di bit di dati che precede il bit corrente nel flusso di dati. Eseguendo il trigger sui modelli di dati ripetitivi e misurando la variazione della posizione del fronte, è possibile qualificare i componenti dei jitter deterministici. Questo tipo di analisi può richiedere molto tempo, ma è utile per poter identificare eventuali problemi nelle prime fasi di progettazione. Il secondo tipo è causato dal rumore casuale di un sistema e non è correlato ai dati. Può essere qualificato e misurato analizzando statisticamente la forma d’onda tramite gli istogrammi dell’oscilloscopio digitale al fosforo. Visualizzare e disegnare il riquadro di un istogramma intorno al fronte di salita/discesa o all’incrocio degli occhi dove deve essere misurato il jitter; l’oscilloscopio disegnerà l’istogramma del ritardo del fronte a partire dal punto di trigger. Se l’istogramma del posizionamento del fronte del segnale è una curva distribuita normalmente, la deviazione standard è uguale al jitter RMS della forma d’onda. È possibile anche attivare la misurazione del jitter RMS osservato (deviazione standard) o altre misurazioni con istogrammi per qualificare ulteriormente il jitter (vedere Figura 11). Test delle maschere Come illustrato in precedenza, un diagramma ad occhi rivela molti particolari sui segnali digitali seriali, soprattutto sul margine relativo disponibile per rumori e jitter. Esso presenta le più importanti caratteristiche dei segnali di dominio tempo in un’unica visualizzazione: tempo di salita/discesa, overshoot/undershoot dell’impulso, transitorio oscillante di ampiezza eccessiva, duty cycle, jitter e rumore. Figura 11. Qualificazione di un jitter casuale su un segnale video digitale con un istogramma. Notare la natura bimodale dell’istogramma. Le misurazioni sull’istogramma vengono mostrate nella parte destra dello schermo e indicano caratteristiche quali il jitter da picco a picco osservato. Per stabilire se un video digitale seriale è conforme allo standard, è necessario esaminarne tutti i parametri per controllare che rientrino nelle specifiche. La misurazione dei singoli parametri sarebbe un’operazione lunga, noiosa e approssimativa. Per semplificare l’attività di verifica, gli standard video specificano la conformità dei segnali tramite delle maschere. Sovrapponendo una maschera ad un diagramma ad occhi, è possibile vedere immediatamente se il segnale è conforme, ovvero se corrisponde esattamente alla maschera (vedere Figura 12). Gli oscilloscopi per le comunicazioni di tipo avanzato dispongono di maschere standard incorporate, selezionabili da un menu. Questi oscilloscopi, inoltre, offrono scale di tensione e di ritardo variabili e calibrate, possono regolare automaticamente il segnale per farlo corrispondere alla maschera e possono persino conteggiare il numero delle forme d’onda acquisite e il numero delle mancate corrispondenze (“hit”) alle maschere, per una prova ancora più veloce ed accurata. Figura 12. La prova della maschera rappresenta un metodo conveniente e affidabile per verificare la conformità dei segnali video seriali agli standard industriali. In questo esempio sono state confrontate con la maschera un minimo di 100 forme d’onda e il confronto non ha dato errori (0 “hit”). Conclusione In questa nota applicativa abbiamo mostrato come utilizzare un oscilloscopio digitale al fosforo TDS della serie 700D della Tektronix per eseguire facilmente e velocemente una vasta gamma delle più comuni misurazioni video a banda base di una vasta gamma di segnali video di tipo complesso. Grazie alla visualizzazione ad intensità graduata, all’alta frequenza di cattura delle forme d’onda e alla ricchezza dei dati delle forme d’onda, questo strumento generico è il preferito nella ricerca dei guasti, nella qualificazione e nella verifica dei sistemi e dei circuiti video. Per ulteriori informazioni, rivolgersi a Tektronix: World Wide Web: http://www.tek.com; Australia & Nuova Zelanda 61 (2) 888-7066; Paesi ASEAN (65) 356-3900; Austria, Europa Orientale, Medio Oriente +43 2236 8092 0; Belgio +32 (2) 715.89.70; Brasile e America del Sud 55 (11) 3741-8360; Canada 1 (800) 661-5625; Cina 86 (10) 6235 1230; Corea 82 (2) 528-5299; Danimarca +45 (44) 850 700; Finlandia +358 (9) 4783 400; Francia e Africa del Nord +33 1 69 86 81 81; Germania + 49 (221) 94 77 400; Giappone (Sony/Tektronix Corporation) 81 (3) 3448-3111; Hong Kong (852) 2585-6688; India (91) 80-2275577; Italia +39 (2) 25086 501; Messico, America Centrale e Caraibi 52 (5) 666-6333; Norvegia +47 22 07 07 00; Paesi Bassi +31 23 56 95555; Regno Unito e Irlanda +44(0)1628 403400; Spagna e Portogallo +34 (1) 372 6000; Stati Uniti 1 (800) 426-2200; Sudafrica (27 11)651-5222; Svezia +46 (8) 629 6503; Svizzera +41 (41) 729 36 40; Taiwan 886 (2) 722-9622. Per le nazioni non menzionate il riferimento è: Tektronix, Inc. Export Sales, P.O. Box 500, M/S 50-255, Beaverton, Oregon 97077-0001, USA 1 (503) 627-6877. Copyright © 1998, Tektronix, Inc. Tutti i diritti sono riservati. I prodotti Tektronix sono protetti da brevetti statunitensi e internazionali, emessi o in corso di registrazione. Le informazioni qui contenute sostituiscono quelle precedentemente pubblicate. I dati tecnici e i prezzi sono soggetti a modifiche senza preavviso. TEKTRONIX e TEK sono marchi registrati di Tektronix, Inc. Tutti gli altri nomi commerciali sono marchi d’identificazione di servizi, marchi di fabbrica o marchi registrati che appartengono alle rispettive aziende.