Analizzatore di segnali con interfaccia Ethernet (prima parte)

Se desiderate aggiungere al vostro laboratorio un semplice oscilloscopio, un generatore di segnali, e un analizzatore di spettro, siete arrivati nel posto giusto. Questo economico apparato, che chiameremo NCSA (Network Connected Signal Analyzer), è stato espressamente progettato per dotare gli studenti e gli appassionati di elettronica di un valido strumento in grado di facilitare l’apprendimento e l’analisi dei circuiti elettronici.

Introduzione

Una volta collegato a un PC, l’NCSA consente di eseguire immediatamente la conversione di un segnale in formato digitale tramite un campionamento eseguito alla frequenza di 1 MHz, e di visualizzare i valori ottenuti in un formato analogo a quello utilizzato da un normale oscilloscopio. Si può anche utilizzare la funzionalità di analizzatore di spettro, e generare uno spettro di potenza nel dominio delle frequenze. I parametri relativi al campionamento e alle variabili utilizzate nella trasformata di Fourier sono entrambi selezionabili dall’utente, grazie alla presenza di un’interfaccia utente di tipo grafico molto intuitiva. Altre funzionalità incluse nello strumento sono un generatore di segnali analogico, un generatore di segnali digitale, e varie tipologie di trasformata di Fourier.

Le principali caratteristiche tecniche dello strumento NCSA possono essere così riassunte:

  • frequenza di campionamento fino a 1 MHz;
  • supporto per la funzionalità di sottocampionamento;
  • massimo segnale in ingresso: 0 dBm (0,225 VRMS);
  • sensibilità: -80 dBm (22,5 µVRMS);
  • connessione con interfaccia Ethernet;
  • progetto open source.

Il sistema

In Figura 1 possiamo osservare lo schema a blocchi con evidenziati i principali componenti appartenenti al dispositivo NCSA. All’interno del modulo NCSA vengono anzitutto eseguite l’acquisizione e l’amplificazione del segnale, seguite da un convertitore analogico-digitale (ADC) ad elevata precisione. I segnali in forma digitale sono poi inviati a un PC tramite una connessione Ethernet. Sul PC viene eseguita la restante parte dell’elaborazione del segnale digitale, nonchè la visualizzazione dei risultati da essa prodotti. Inoltre, lo strumento NCSA include delle funzionalità di base per la generazione di segnali analogici. L’utente può scegliere tra la generazione di una forma d’onda sinusoidale, rettangolare, triangolare, oppure rumore. Il segnale analogico così selezionato è reso disponibile su un connettore di uscita BNC presente sull’NCSA, e può essere utilizzato esternamente, oppure collegato nuovamente in ingresso allo strumento per generare i diagrammi di tempo e frequenza relativi al segnale selezionato.

Il PC è il punto in cui viene eseguita la maggiorparte dell’elaborazione numerica del segnale. L’applicazione su PC dispone infatti di un’interfaccia grafica (UI), che consente di impostare e modificare i parametri di funzionamento dell’NCSA, e visualizzare i grafici relativi al dominio del tempo e delle frequenze. L’elaborazione digitale del segnale (selezione della finestra di campionamento, FFT, scalamento, calcolo della potenza) sono tutte funzionalità eseguite dall’applicazione in esecuzione sul PC. Sul PC è inoltre presente un secondo generatore di segnale, il “generatore di segnale sintetico”, la cui funzione è quella di generare segnali digitali in grado di alimentare il processo FFT. Ciò permette di utilizzare l’applicazione su PC senza dover necessariamente collegare il modulo NCSA. E’ possibile eseguire una selezione tra i seguenti segnali sintetici: segnale modulato in ampiezza (AM), segnale modulato in frequenza (FM), segnale ad onda quadra, segnale di test; tutti questi segnali sono a basso rumore, ideali per essere utilizzati nel campo della sperimentazione. Sia la frequenza che il tipo di modulazione sono impostabili dall’utente.

Figura 1 – schema a blocchi del sistema

Figura 1: schema a blocchi del sistema

L’interfaccia utente

L’interfaccia utente (detta anche UI, acronimo di User Interface) è stata progettata in modo tale da offrire la massima flessibilità e consentire un agevole controllo dei parametri critici utilizzati dall’applicazione. L’intento è stato quello di permettere all’utente di osservare immediatamente come questi parametri influenzino la qualità e le prestazioni del campionamento e della trasformata di Fourier. Si osservi l’immagine di Figura 2.

Figura 2: Interfaccia utente

Figura 2: Interfaccia utente

In basso a sinistra è presente un’icona che indica lo stato della connessione tra lo strumento e il PC host; in caso di collegamento correttamente instaurato, viene inoltre visualizzato l’indirizzo IP utilizzato. Sulla destra è presente un riquadro (“FFT Controls”), in cui l’utente può modificare alcuni parametri della trasformata di Fourier, come la frequenza di campionamento Fs, il numero N di [...]

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2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 22 febbraio 2017
  2. Ful.Po 2 aprile 2017

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