Choix d’un oscilloscope : analogique vs numériques


Du temps des oscilloscopes analogiques, le choix était simple et se résumait à la bande passante dont on avait besoin ( 5 fois la fréquence maxi à observer pour ne pas déformer les signaux carrés : donc un 100 MHz pour analyser des carrés de 20 MHz ), et oscillo à mémoire ou sans mémoire ( cependant la mémoire n’était pas toujours à la hauteur, je me souviens que seul un Tektro était capable d’enregistrer un signal avec un balayage unique à la vitesse de balayage maxi, pour les autres marques ont tombait à dix ou vingt fois moins ).

Ces mémoires d’écran avaient une durée de vie limitée, aussi on en trouve pas en occasion, donc la question ne se pose pas.

Mais en occasion on trouve de moins en moins d’oscillos purement analogiques.

On trouve de plus en plus d’oscillos avec stockage numérique, qui ont avantageusement remplacé les oscillos à mémoire d’écran.

Si avec les anciens oscillos à mémoire on ne pouvait pas voir ce qui pouvait se passer avant que le trigger ait déclenché l’enregistrement ( par exemple montée d’un signal défaut ), avec l’oscillo à mémoire numérique on peut remonter avant le déclenchement du trigger.

On trouve des modèles d’oscillos, qui sont à la fois un oscillo analogique avec une bonne bande passante et restituent fidèlement le niveau du signal en analogique, et un oscillo numérique qui amène deux problèmes : la fréquence d’échantillonnage et la discrétisation de la mesure, ou résolution en nombre de bits. Les premiers convertisseurs analogique numérique de l’époque n’étaient pas très performants ( en freq d’échantillonage et en résolution ( 8 bits ). Sur un signal triangulaire à haute fréquence on risque d’ avoir des marches d’escaliers.

Si dans le signal on a des fréquences à plus de la moitié de la fréquence d’échantillonnage on va créer des « alias »( une fréquence beaucoup plus basse qui ne correspond à rien de réel ; c’est la théorie de l’échantillonage ( voir l’article sur les DSP ). Aussi il y a des filtres pour éviter les alias et qui réduisent probablement la bande passante.

La taille de la mémoire , autrement dit le nombre d’échantillons stockés pour une largeur d’écran a aussi une grande importance.

Donc le stockage numérique risque de limiter les perfs de notre oscillo.

Si aujourd’hui, pour le prix d’une cartouche de cigarettes on peut offrir une barrette mémoire de 4 Go DDR3 à son PC, c’était le prix d’une mémoire de 16 octets en boitier DIL puis on a vu apparaitre des mémoires de 256 , 512 octets pour les premiers µproc et enfin des 1 k et 4 k. Cette technologie n’était pas très rapide et limitait donc les performances de stockage. Problème de place également.

Mais dans ces anciens modèles on peut retrouver un oscillo 100 % analogique avec les perfs d’un oscillo analogique ( ce ne sera sûrement pas le cas avec un gadget moderne 100 % numérique ), avec à coté un stockage numérique.

Il suffit d’appuyer sur un bouton STORE/NO STORE pour passer de l’un à l’autre.

2232 block diagramm

J ‘en profite pour dire que la plupart des pannes en numérique sont dues à des temps de réponse qui augmentent avec le vieillissement, ce sont des valeurs infimes, quelques nanosecondes, des signaux carrés qui maigrissent, se déforment. Alors comment voir celà avec un oscillo numérique qui relève un point de temps en temps.

Pour certains circuits de calculateurs il fallait un bon 400 MHz analogique, avec les sondes adhoc ( sinon la sonde bouffait le signal à visualiser, et allait jusqu’à provoquer une panne ).

Aussi je doute qu’un gadget d’oscillo numérique à 3 ou 400 € ait le même niveau de perf pour détecter de tels défauts compte tenu des siens propres qui vont gommer tout ce qui nous intéresse. En numérique il faudrait un oscillo avec plusieurs Giga d’échantillons par seconde, pour voir les détails sur un intervalle de qq nanosecondes..

Par contre pour les phénomènes lents même s’ils sont répétitifs au lieu de voir le spot se déplacer sans laisser de trace, la mémoire numérique sera très utile pour conserver la trace et la visualiser.

Depuis cette époque, les perfs des convertisseurs analogique numérique ont énormément évolué, mais ces appareils récents en occasion ( sauf s’ils sont en panne ) sont hors du budget de l’amateur et en neuf peuvent atteindre des prix astronomiques.

Un bon article sur le sujet

Je suis assez d’accord avec eux, sauf que les oscillos haut de gamme récents ne dépassent pas 8 bits de résolution verticale ( hormis qq modèles à 9 bits )

Les différents modes de stockage :

Les fabricants ont profité qu ‘il y ait une mémoire, pour visualiser des choses difficiles à voir ( mais surtout à mesurer ) sur une trace qui défile en temps réel en permanence, en analysant plusieurs balayages, ce n’est donc plus du vrai temps réel, mais ce n’en est pas moins inintéressant.

Tout d’abord le mode NORMAL ( ou SAMPLE ) on enregistre en mémoire un échantillon du signal ( un temps de balayage écran ), la mémoire permettra de le visualiser le temps qu’on veut.( principe de l’oscillo à mémoire d’écran ).

Puis le mode DETECTION de PICS. Le signal est parfois altéré par des pics aléatoires qui défilent rapidement sur un oscillo analogique, on a tout juste le temps de les apercevoir. Dans ce mode, l’oscillo va analyser une série d’échantillons, et enregistrer tous les pics. Puis il affichera chacun de ces pics au bon endroit sur le premier balayage affiché à l’écran.

Un autre mode : MAXI MINI : parfois le signal n’est pas très stable en amplitude : on le voit sur l’écran d’ un oscillo analogique, mais ce n’est pas facile à mesurer, ni de garder une trace ( même avec un oscillo à mémoire d’écran, car on aura qu’un seul balayage ). Dans ce mode l’oscillo va analyser une longue série de balayages et afficher les maxis et les mini à l’écran.

Et enfin le mode MOYENNE. Lorsque le signal est entaché de bruit, il n’est pas facile de mesurer quelque chose ( amplitude, temps, déphasage ) avec précision. Le mode moyenne permet d’enlever le bruit et de dessiner le signal avec un trait fin.

Voilà donc les plus apportés par le stockage numérique à un oscillo analogique ( ou un oscillo à mémoire d’écran ), sans rien perdre sur les perfs en analogique.

Quel supplément de prix pour un oscillo à stockage numérique ?

Voici deux oscillos 2 x 100 MHz :

– un analogique le 2235 ( sorti en 1984 donc 30 ans ) mis aux enchères à 150 €

2235 ebay

– un numérique le 2232 ( sorti en 1990 ) en achat immédiat à 244 €

2232 ebay

Dates de sortie des divers modèles de la gamme 2000 :

1982 (first models) 2213 2215 2335 2336 2337
1983 no new models
1984 2235 2236 2445 2465
1985 2213A 2215A 2235L 2236/01 2465CTS 2465DMS 2465 DVS
1986 2220 2230 2430
1987 2225 2245 2246 2430M 2445A 2455A 2465A 2465A-CT, -DM and -DV 2467
1988 2235/01 2246/1Y 2430A
1989 2201 2205 2210 2245A 2246A 2246/1Y 2247A 2402 2432A 2465B 2445B 2465BCT 2465BDM 265BDV 2467B
1990 2211 2232 2235A 2235A/01 2235L 2236A 2431L
1991 2221A 2252 2402A 2439 2467BHD.

La gamme 2400 :

Tektronix 2400 series

[5] The Tektronix 2400 Series oscilloscopes were perhaps the most powerful instruments of their time, with the 2445 2465 and 2467 being the top-end models and the 2430 series of digitizing storage oscilloscopes providing digital storage. They combined high bandwidth and sampling rates with automation features and waveform processing capabilities. In 1991, four models were available: 2430A, 2431L, 2432A, and 2440. Together with the 2402 and a PC, they constitute a complete waveform processing and analysis system.

Oscilloscope Models

2430A: Sampling rate 100 MS/sec, Bandwidth: 150 MHz

2431L: Sampling rate 250 MS/sec, Bandwidth: 300 MHz (no delay sweep, no glitch capture, limited AUTO SETUP)

2432A: Sampling rate 250 MS/sec, Bandwidth: 300 MHz

2439: Sampling rate 500 MS/sec, Bandwidth: 300 MHz (no delay sweep, no glitch capture, limited AUTO SETUP)

2440: Sampling rate 500 MS/sec, Bandwidth: 300 MHz

Ces modèles sont assez rares : on trouve qq 2442 A et un 2440

2440 ebay

Avant d’acheter il faut savoir qu’on ne trouve plus les composants spécifiques Tektro pour ces modèles, à part cannibaliser un autre modèle vendu à bas prix parce qu’il manque des boutons, ou pour un autre défaut bénin.

Il faut aussi savoir que ce sont les derniers modèles dont le schéma est fourni dans le manuel de service. En dehors des composants spécifiques il y a aussi des composants conventionnels qui peuvent lâcher, avec le schéma on pourra dépanner.

Ce sont aussi les derniers modèles avec un vrai tube d’oscillo à déviation électrostatique, les suivants sont équipés d’un minitube TV ou de panel LCD. Le signal n’attaque donc pas le tube directement, il passe par le système numérique qui affiche des images.

Sur les modèles plus récents que la série 2000 on doit se contenter d’un synoptique. La facture de dépannage risque donc de couter un bras !

La gamme TDS :

On est dans le tout numérique

On dispose d’une fréquence d’échantillonage de 1 G/s soit dix fois celle de la gamme 2000.

Cependant on garde une résolution de 8 bits sauf pour la série TDS 3000 dont la résolution est de 9bits.

On commence à rentrer dans de la programmation pour faire du traitement mathématique ( MAT) sur les acquisitions, avec un langage spécifique, un bon casse tête. On peut faire mieux sur les données importées sur un PC, avec Matlab.

Au bas de la gamme : TDS 224

un modèle peu profond ( 12 cm ) avec un panel LCD .

4 channels x 100 MHz – 1GS/s on est à une fréquence d’échantillonnage 10 fois supérieure à la gamme 2000

TDS 224 ebay

En milieu de gamme : un TDS 360 un 2 x 200 MHz avec un fs de 1 Gsa/s

TDS 360 ebay

un TDS 640A ( le plus petit de la gamme ) pour 100 € de plus on passe à 2 Gs.

TDS 640A

TDS6xx caractéristiques

Un TDS 684 B ( le sommet de la gamme )

TDS684 B ebay

Dans le haut de gamme ( de l’occasion ) : on atteint 5 Gsa/s, et une bande passante de 500 Mhz, voire du 1 Ghz , mais il faut compter 3 500 €

Un TDS 3054 (extraplat )

TDS 3054 ebay

Aperçu de la gamme TDS3000, les prix du NEUF !

TDS 3xxx caractéristiques

Ces modèles sont revendus, car déjà obsolètes par rapport à l’évolution technologique, même grand public : 4G USB3, etc. Suivant son domaine d’activité on risque de rencontrer le même problème.

Le très haut de gamme !!!!

Ca va jusqu’ à 33 GHz de bande passante , 50 GS/s – 100 GS/s de frequence d’échantillonnage avec 62.5M point – 1G point de capacité mémoire, 4 voies analogiques et 16 voies logiques.

Mais toujours 8bits de résolution verticale : Vertical résolution : 8 bit (11 bit with averaging)

http://www.tek.com/oscilloscope/dpo70000-mso70000

Le futur annoncé : 2014 ce sera 70 GHz

La marque Lecroy propose un 65 Ghz avec des résolutions de 8 ou 12 bits.

Lecroy HD

http://teledynelecroy.com/oscilloscope/

Un concurrent aux Tektro d’occasion : le Hameg 407

HM407 ebay

Déjà chez Hameg les 100 MHz sont rares, c’est un 2 x 40 MHz.

Ils sont souvent chers, c’est peut être du à leur légendaire robustesse, et qu’il est plus facile de trouver des composants de rechange. Mais les perfs ne sont pas au rendez vous.

Les convertisseurs A/D sont à 8 bits, ainsi que la mémoire qui offre une taille de 2 k , avec une fréquence d’ échantillonnage de 100 Msa/s

Pilotable depuis un PC avec le logiciel fourni. ( j’avoue préférer un oscillo 100 % autonome que de m’emm***** avec un logiciel pas forcément compatible avec ma version de windows, des bugs et des mises à jour ).

Autres marques : HP, Agilent, Schlum ?

Désolée, je zappe. En occase c’est souvent plus cher que Tektro sans en avoir ni les perfs, ni l’expérience, et c’est moins répandu pour trouver des pièces de rechange, quand à la doc ????. Puis je suis paumée sur les commandes de la façade, Tektro présente une certaine uniformité et d’un modèle à l’autre on retrouve très vite ses marques.

La seule marque qui peut rivaliser avec Tektro c’est Lecroy.

Mais je ne parle pas d’appareils à moins de 150 € en occase et de moins de 50 MHz. J’ai bien un TRIO marque d’oscillo totalement inconnue , un 2 x 20 MHz à 100 €, simple, rustique et en BF ça fait le job !

Le made in China : Oscilloscope 2 voies 100 MHz, couleur, échantillonnage 1Géch/s en temps réel : 395 €.

oscillo rigol

Ils ont des modèles plus performants, et bien plus chers !

Quid de la qualité de fabrication ? de la durée de vie ( programmée ? ) ?

Est ce dépannable ? Déjà c’est tout en CMS.

Depuis que j’ai vu un générateur de fonction à ~ 300 € , avec un foin terrible sur le signal de sortie, j’ai un peu de mal avec la production chinoise.

Les chinois font de bons trucs sous Assurance Qualité, mais faut pas les lâcher.

http://ovio-scope.com/index.php?page=shop.product_details&flypage=flypage.tpl&product_id=14&category_id=19&option=com_virtuemart&Itemid=5

Lecroy fabrique aussi des oscillos numériques pas cher

http://fr.farnell.com/lecroy/waveace-1012/oscilloscope-100mhz-2-voies/dp/2102116

Pour les mêmes perf que le chinois c’est 850 € HT

Choix en fonction de ses besoins :

Pour la Hifi ( hormis la FM ) un oscillo 20 MHz est bien suffisant.

Mais il y a une autre exception : le son numérique , avec les DACs et les lecteurs de CD.

Oscillogramme en sortie de la tête de lecture ( signal RF )

signal RF CD

0,1 µs, correspond à du 10 MHz, un 20 MHz ne sera pas suffisant, le signal sera déformé, plus loin on a des carrés qui doivent être bien formés.

Si on applique la règle des 5 il faut à minima un 50 MHz, mais si on commence à s’intéresser au jitter ( qq nanosecondes ) un 100 MHz est tout juste suffisant et en numérique on ne verra rien..

La mémoire est elle utile ?

Oui, avec un lecteur de CD en panne qui ne veut pas lire les CD et se met en stop après avoir affiché un défaut, on a pas le temps de lire quoi que ce soit sur un oscillo normal. Est ce qu’il lit la TOC au démarrage ? etc etc..

La fréquence d’échantillonage est elle suffisante ?

Avec du 100 MSa/s, on a dix échantillons sur un carreau de 0,1 sec, c’est largement suffisant pour différentier les 1 et les 0.

La taille mémoire est elle suffisante ?

Sur les Tektro de la série 2000, on dispose de 4 blocs de 1 k, regroupables en un seul de 4 k.

4 000 échantillons, espacés de 0,010 µS ou 10 ns ( à 100 MHz) , ça donne 40 µs de durée de stockage.

La fréquence d’échantillonage des CD ( donc l’envoi d’une trame complète) est de 44,1 kHz, soit une période de 22,6 µs et 2260 échantillons.

Encodage des CD :

Une trame complète contient : 34 x 16 bits = 544 bits

donc un nombre d’échantillons de 2260 / 544 = 4,15 ech par bit.

C ‘est un peu limite, mais suffisant pour décoder une partie de trame.

Par contre si on veut faire la même chose pour les DVD et BlueRay, il faut carrément taper dans du plus haut de gamme.

On ne parle pas non plus de son HD à 192 kHz de freq d’échantillonnage, ni d’ USB 3 ou de SATA, c’est du domaine du TDS 3000.

Au vu de mon budget entre 250 et 350 €, le choix se limite soit au 2232, soit au TDS 224. Deux conceptions différentes.

Un compact 100 % numérique , temps réel ( la fréquence d’échantillonnage est dix fois plus élevée que la bande passante et dix fois plus élevée que celle du 2432 ).

TDS224 (Front)

TDS224 (Back)

TDS224 (Side)

Dimensions : ~ 300 x 150 et 120 mm de profondeur ( poids 1,6 kg ).

Les deux ont la même bande passante pour les entrées analogiques : 100 MHz

Quatre voies c’est intéressant, ça évite de s’y reprendre en plusieurs fois pour visualiser les divers signaux intéressants dans un lecteur de CD et les quatre sont comparables sur l’échelle des temps, immédiatement.

Par contre la mémoire 2500 points ( par voie ) à 1 Gsa/sec est un peu juste pour enregistrer une trame complète d’un lecteur de CD.

Voir si on peut réduire la fréquence d’échantillonage… sûrement , sinon sur les balayages lents on aurait que le début.

Les deux modèles possèdent une double base de temps A et B ( retardée ).

Les moins :

– Un produit 100 % non dépannable ( pas de schéma, pas de pièces de rechange, et CMS).

– Durée de vie afficheur LCD ???

– Tout est géré par un microprocesseur avec un menu interactif ( moins de boutons, mais on ne peut pas nettoyer ou changer un commutateur dans me microproc, s’il tombe en panne.). Le choix est cornélien.

De l’autre coté : un oscillo analogique conventionnel 2 x 100 MHz équipé d’une mémoire de stockage.

Il souffre d’une fréquence d’échantillonnage un peu faible, ce n’est pas véritablement un oscillo numérique temps réel, il travaille sur plusieurs balayages pour les moyennes, maxi mini et pics.

Il est dépannable à 50 % ( si c’est un composant classique qui lâche ), autrement il reste la possibilité de vampiriser un modèle identique, c’est pas du CMS.

S’il y a un problème avec la carte numérique, moyennant quelques straps, il doit pouvoir fonctionner en analogique sans mémoire.

En face l’autre modèle propose quatre voies , contre seulement deux pour le 2232.

Je m’intéresse à d’autres domaines de l’électronique, comme les systèmes embarqués, avec des µprocs qui ne sont pas ultra rapides, aussi les quatre voies ne sont pas de trop et ce n’est pas non plus du seul domaine de l’analyseur logique.

Le prix ? Le TDS 224 est affiché un peu plus cher, mais encore soumis aux enchères, le prix peut encore grimper, alors que le 2232 est affiché en achat immédiat, chez un pro que je connais pour lui avoir acheté du matériel de labo et digne de confiance.

Le 2232 partage les mêmes composants ( tube, THT, inverter ) que mon 2235 ( sans mémoire ), actuellement en panne ( très probablement un condo tantale en c-c, la maladie de cette série, qui fait que l’alim se met en sécurité ).

Ce sont d’ailleurs les mêmes façades avec qq mini boutons en plus pour la partie numérique , sur le haut et au bas de l’écran du 2232.

2235

Tek2232

Communications :

Bus GPIB , c’est un standard de HP entre appareils numériques : générateurs et appareils de mesure, voire plus…

J’ai vu ça dans une chaine de mesure « full HP » pour des essais l’industrie. Chapeau ! quel gain de temps par rapport à ce que j’avais connu vingt ans plus tôt. Le rapport imprimé en A4 à la fin des essais.

Mais ça n’a pas beaucoup d’intérêt pour le bricolage, d’autant plus que c’est cher et qu’il faut maitriser la programmation de tous ces appareils.

Boitiers oscilloscope pour PC :

J’avais d’emblée écarté cette option, car il s’agit souvent de gadgets, c’est mieux d’avoir un portable..

Toutefois il existe au moins une marque spécialisée Pico qui fabrique des boitiers oscillo pour PC très performants, mais les prix sont au rendez vous aussi.

Dans l’article auquel j’ai fait référence et dont ils sont à l’origine, ils disent que 8 bits de résolution verticale est insuffisant, or c’est ce qu’on trouve sur le haut de gamme de Tektro.

Pico fabrique des boitiers avec des convertisseurs de 8 – 12 – 16 bits, mais aussi des mémoires de grande capacité qui permettent de stocker un très grand nombre d’échantillons.

Normal qu’ils se fassent un peu de pub.

Picoscope 5000

Picoscope

Mais comme vous le voyez, pour arriver à un 100 MHz on dépasse les les 1000 €, c’est donc hors de mon budget.

Toutefois si je devais mettre 1000 € dans un oscillo parce que j’ai absolument besoin de telles performances , je m’orienterais plutôt sur ce produit neuf garanti 5 ans, que dans un oscilloscope d’occasion, qui comme on l’a vu sont en 8 bits et équipés de mémoires de plus faible capacité…

http://www.picotech.com/oscilloscope.html

Cher ?

Pas vraiment ! le chip convertisseur A/D le plus performant disponible chez Farnell : le Texas ADS42LB69IRGC25 seul coute 250 €

C’est un 16 bits avec 250 M échantillons par seconde (seulement )

Il en faut un par voie.

Un 130 Mech coute dans les 100 €

ADC

http://www.farnell.com/datasheets/1776733.pdf

Texas Insruments : catalogue des convertisseurs ADC

http://www.ti.com/lit/sg/slyb183a/slyb183a.pdf

Il existe à leur catalogue un modèle à 400 Mech/s mais en 14 bits ( en 16 bits on plafonne à 250 ) prix sur demande :))

Le ADS5474-SP

Un peu de doc technique sur ce sujet :

http://www.ti.com/product/ads5474-sp#samplebuy

Il existe une carte d’évaluation ( parfois c’est pas cher, mais là c’est 2500 $)

eval

Un modèle 12 bits à 3,6 G ech/s : ADC 12D1800

http://www.ti.com/product/adc12d1800

vendu au prix de 4300 $, par 100 unités

ce qui explique les prix de Ouf des oscillos performants.

On se consolera donc des plus modestes performances de notre oscillo à 300 € d’occase, qui a l’époque était le top et n’est pas si ridicule.

Solutions pour oscilloscope chez Texas :

Ti block diagram oscillo

Le graphique est interactif sur cette page :

http://www.ti.com/solution/oscilloscope

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Un commentaire pour Choix d’un oscilloscope : analogique vs numériques

  1. valari dit :

    Bonjour,
    Pourriez-vous me fournir des références de manuels d’oscillo analogiques avec indication des tubes et de la marque du fabriquants ?
    Je vous remercie.
    valari

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