Sources d´erreur courantes lors de l´étalonnage d´un oscilloscope

La réponse à la vérification par impulsion de la voie verticale joue un rôle essentiel dans l'étalonnage de l'oscilloscope. Ce processus implique des signaux à haute fréquence et des impulsions de temps de montée rapide qui transportent un contenu à haute fréquence considérable. La méthode de vérification typique consiste à utiliser un front rapide, puis à contrôler le temps de transition affiché de 10 % à 90 % de la taille du pas.

Les aberrations de l’impulsion (pré-déclenchement et dépassement) sont également fréquemment mesurées. Les réflexions qui peuvent fausser la forme des impulsions et affecter les résultats peuvent être causées par un désaccord d'impédance entre la source d'impulsion et l'entrée de l'oscilloscope.

Les calibrateurs d’oscilloscope modernes, tels que le calibrateur d’oscilloscope à haute performance Fluke 9500C, sont conçus pour baisser les effets de ces perturbations à haute fréquence. Néanmoins, les techniciens d’étalonnage et les métrologues doivent connaître leur influence, en particulier dans le contexte des analyses d’accréditation de laboratoire et d’incertitude de mesure.

Comprendre la correspondance des impédances

Les sources de signal à haute fréquence, y compris celles que l’on trouve dans les calibrateurs d’oscilloscopes, ont généralement des sorties de 50 Ω et sont étalonnées en fonction du niveau développé sur une charge correctement raccordée. Toute variation par rapport à la fréquence nominale ou des erreurs dans l’impédance de sortie de la source ou l’impédance de charge peut perturber le niveau de signal développé à travers la charge, qui dans ce scénario, est l’entrée d’oscilloscope.

Équation pour le calcul de la tension de charge : VL = VS * RL/(RS + RL)

• VS = source de tension
• RS = Impédance de sortie
• RL = charge d’impédance (VS et RS sont chacun connectés à cette charge)
• VL = tension développée à travers la charge

À hautes fréquences, les impédances ne sont pas purement résistives et ne sont pas toujours représentées en termes de résistance, de capacité et d’inductance, mais par le rapport d’onde debout en tension (VSWR) ou la perte de retour (lié à VSWR).

Ces paramètres sont essentiels à hautes fréquences et sont utilisés pour indiquer l’écart de l’impédance réelle par rapport à l’impédance nominale (50 Ω). La réduction de l'impact du VSWR de charge (entrée d'oscilloscope) est réalisée en concevant l'impédance de source de l’étalonnage de l’oscilloscope à une impédance très proche d'un VSWR parfait de 50 Ω (faible VSWR).

Analyser l’effet de discordance sur la précision du niveau de signal en tenant compte du VSWR de la source et de la charge, paramètres qui sont généralement énumérés dans les spécifications de l’équipement. Cette évaluation doit être prise en compte lors de l’analyse de l’incertitude.

Considérations relatives à l’analyse de l’incertitude

L'expression d'erreur de non-correspondance apparaît souvent dans la littérature théorique RF et micro-ondes, déduisant une valeur de l'erreur en termes de puissance.

Les oscilloscopes, cependant, sont étalonnés en termes de tension, de sorte que l'erreur de non-correspondance doit également être exprimée en termes de tension. Si les erreurs sont infimes, l’erreur de puissance peut être divisée par deux pour obtenir une erreur de tension équivalente sans perte significative de précision.

En général, le VSWR d'entrée de 50 Ω de l'oscilloscope peut être de 1,5 à 1GHz. Les calibrateurs d’oscilloscope sont conçus pour fournir des sorties VSWR basses, et des valeurs typiques, avec la tête active Fluke 9500C et 9540C 4 GHz, sont <1,1 jusqu’à 550 MHz, <1,2 pour 550 MHz à 3 GHz et <1,35 pour 3 GHz à 4 GHz.

Lors de la réalisation d’une analyse d’incertitude, l’effet de la non-correspondance sur la précision de l’amplitude doit être traité comme l’une des contributions de type B (systémiques). L’incertitude due à la non-correspondance doit être calculée à partir des informations VSWR et divisée par la racine de deux pour être exprimée à l’incertitude standard en combinaison avec les autres contributions d’incertitude.

Vérification de la bande passante de l'oscilloscope

L’influence de la non-correspondance sur la précision du niveau du signal peut être examinée et prise en compte dans la mesure de la bande passante. Cependant, la méthode d’application dépend de l’approche de la vérification de la bande passante. La technique la plus répandue consiste à mesurer la diminution relative de l’amplitude affichée, exprimée en dB, à la fréquence nominale de bande passante par rapport à l’amplitude à une fréquence de référence inférieure.

Vous pouvez également identifier la fréquence à laquelle l'amplitude du signal chute de 3 dB par rapport à une fréquence de référence inférieure. Effectuez une conversion d'une incertitude d'amplitude à une incertitude de fréquence en tenant compte de la pente de la réponse-fréquence de l'oscilloscope.

Vérification de réponse aux impulsions de l'oscilloscope

Les effets de non-correspondance sur les signaux rapides utilisés pour la vérification de réponse aux impulsions peuvent entraîner des réflexions. La forme d'onde affichée sur l'oscilloscope correspond à l'effet cumulatif du front de l’étalonnage de l’oscilloscope et à la réflexion de l'amplitude inférieure de l'entrée de l'oscilloscope.

La conception des calibrateurs d’oscilloscopes modernes, tels que le Fluke 9500C, minimise cet effet en fournissant une source VSWR faible. Toutes les réflexions ont généralement un impact sur les aberrations pulsées observées plutôt que sur le temps de montée observé.

En conclusion, les solutions modernes d'étalonnage d’oscilloscope, comme le Fluke 9500C, sont conçues pour minimiser l'effet des discordances d'impédance. Cependant, les techniciens d’étalonnage et les métrologues doivent connaître leur impact et en tenir compte dans leurs analyses d’incertitude. L’effet de la non-correspondance peut également influer sur les résultats des tests par impulsion en provoquant des réflexions. Des aberrations ou anomalies excessives observées peuvent indiquer des dommages à l'entrée de l'oscilloscope.

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