Christian Couderc

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Oscilloscopes numériques

Maj : 03/03/16

Archive morte conservée pour les archéologues futurs

Le choix d'un oscilloscope numérique

J'ai divers oscilloscopes analogiques, en particulier un Sony Tektro analogique portable à mémoire et un Telequipment D66. Ils ont deux problèmes majeurs :
La synchronisation sur des signaux délicats est toujours très hasardeuse.
Il est impossible de récupérer facilement des images d'écrans, ce qui est absolument indispensable pour rédiger les dossiers techniques en développement de cartes.
Il y a évidemment la possibilité de photographier au numérique l'écran avec un cône d'ombre, mais le résultat est médiocre, la trace n'est jamais parfaite.

Les analogiques restent très utiles en très hautes fréquences, mais les numériques les surclassent dans les domaines des signaux numériques.

Les critères de sélection d'un oscilloscope numérique

Un oscilloscope numérique s'impose pour développer sur microcontrôleur. Il faut évidemment faire attention à ce que le matériel choisi soit compatible avec le budget possible pour un amateur.
Une bande passante de 50 MHz est nécessaire.
Une liaison PC est indispensable pour échanger les données. par USB ou Ethernet.
Une profondeur de 8 bits est trop juste, 12 bits est acceptable.
Un fonctionnement silencieux est très apprécié.

Il existe deux concepts très distincts.

L’oscilloscope indépendant, avec son affichage et les boutons classiques de réglages.
Il prend de la place sur la table du labo, mais les réglages sont très intuitifs et ne dérouteront pas les électroniciens à l’ancienne.

La petite boite qui ne comprend aucun bouton ni affichage, mais seulement quelques prises. Ce matériel est impérativement relié à un ordinateur ou tablette, les multiples réglages se faisant à la souris ou l’écran tactile. Les écrans d’ordinateurs actuels ont une bien meilleure résolution que les affichages des modèles indépendants, et permettent d’identifier des courbes complexes. Beaucoup disposent de performantes suites logicielles pour développer des applications spécifiques. Ils sont plus adaptés aux informaticiens.

Ces deux familles comportent des produits à tous les prix, les hauts de gamme étant extrêmement performants.
Chaque électronicien a ses préférences, et pour ma part j’ai toujours fait coexister les deux familles sur ma table, suivant les applications je passe de l’un à l’autre ou les deux simultanément.

Helwett Packard MegaZoom

Mon Helwett Packard (maintenant Agilent) HP 5460 est très classique et fonctionne à la perfection, il dispose d'une énorme mémoire avec le MegaZoom ce qui permet de ressortir le détail d'un signal noyé dans une longue trame.
Il ne présente que trois inconvénients :
Le ventilateur est horriblement bruyant, il n'y a pas grand chose à faire, hormis le remplacer par un meilleur et le ralentir en le pilotant par le température, mais l'électronique assez ancienne chauffe beaucoup et il faut bien extraire les calories.
Il est très lourd ce qui complique les déplacements.
Il est évidemment très onéreux avec son module d'interface série hors d'âge.

Bitscope

J'ai testé plusieurs oscilloscopes sur PC dont le Bitscope qui me semblait présenter des caractéristiques intéressantes.

Avantages :
C'est un open source. Tous les schémas sont disponibles, le hardware est très évolué.
Il a été développé suite à un concours de l'excellente revue Circuit Cellar à laquelle je suis abonné et qui est une source d'informations très riche pour le développement en microcontrôleurs.
Le prix est très raisonnable, du kit au produit fini.
Il est évolutif en fonction des nouveaux convertisseurs qui deviendront disponibles.
La réalisation est très soignée.
Il dispose de huit entrées logiques supplémentaires.

Inconvénients :
Il n'a qu'une profondeur de 8 bits (point très critique).
Le logiciel développé par les Australiens n'est pas en open source ce qui est dommage sur un plan intellectuel, non pas pour le réécrire, c'est un énorme travail, mais pour comprendre les subtilités. Seul un firmware minimum est disponible en open source.
Il n'a que deux voies, sans synchro externe.

J'ai commandé ce matériel en Australie, je l'ai reçu très rapidement en version finie. La construction était parfaite j'ai été très satisfait en examinant le produit, mais un très problème rédhibitoire est apparu pendant les essais.
Pour des raisons que je suis totalement incapable d'expliquer la liaison série n'a jamais voulu fonctionner avec tous mes PC de diverses générations, fixes et portables. J'ai essayé chez les copains, idem ! Le soft offre des commandes de test. L'appel au numéro de modèle marchait toujours, mais le dump mémoire démarrait bien mais se crashait systématiquement en cours de transfert. J'étais désespéré.
J'ai évidemment testé avec un autre oscilloscope point à point sur le montage, tout était parfait, mais le transfert plantait aléatoirement sans aucune anomalie sur les signaux. Les australiens ont pensé à une panne bien qu'il ait été testé bon au départ. Ils m'ont renvoyé un autre cpu garanti, idem !
N'y comprenant plus rien, je l'ai renvoyé après deux mois d'errance et ils m'ont remboursé immédiatement. Évidement, ils l'ont testé au retour, il marchait parfaitement chez eux, je les crois, ils me paraissent très compétents. Le courant français est incompatible avec l'australien ? Suis-je à une altitude trop élevée sur la colline ? Je suis très frustré par cet échec inexplicable, cela ne m'était jamais arrivé.
Je ne peux donc donner aucun avis intelligent sur ce matériel qui doit parfaitement fonctionner chez d'autres.

Le matériel a maintenant évolué, le BS220 a été remplacé en 2004 par le BS300. Les Australiens sont sérieux et compétents, je pense que ces problèmes sont résolus et que ce matériel ne doit plus poser ces problèmes de début. Les interfaces USB et Ethernet sont très séduisantes.

En remplacement, j'étais très tenté par le Pico ADC-212/100 (voir liens), de caractéristiques supérieures, synchro séparée et 12 bits, qui semblait correct sur le papier pour ses 1111€ HT. Il a tout pour séduire, mais traumatisé par l'échec du premier Bitscope, j'ai renoncé. J'ai donc opté pour une solution classique chez Tektronix.

En 2007, j’ai racheté un autre bitscope, nouvelle génération en port USB, avec les sondes d’analyse logique.
Les problèmes des premières versions ont disparu et ce matériel est conforme aux spécifications.

Je l'ai revendu aussitôt après essais pour pouvoir tester la concurrence.

Tekscope THS 720

Ce matériel classique correspondait à mes besoins pour bricoler sur le bateau.
Il est autonome, silencieux sans ventilateur, mesure et enregistre les tensions sur une entrée séparée.
Les options de synchronisation et d'exploitation sont parfaites, je n'ai rien à lui reprocher, il fait bien tout ce qu'indique la documentation, mais a quelques petits défauts.

Il n'a que 8 bits (point critique), cette résolution de 256 points est un peu juste pour exploiter des signaux difficiles, c'est suffisant à l'écran, mais pas sur les sorties PC.

Il n'a pas de synchro séparée, mais il y a toujours moyen de contourner cela avec de l'astuce.

La mémoire n'est que de 2500 échantillons par voies, c'est bien peu comparé au HP MegaZoom.
Il n'y a pas moyen d'augmenter cette profondeur.

L'affichage monochrome est à faible résolution, peu contrasté et totalement dépassé.

Il dispose d'une liaison série pour liaison PC (nécessitant un boîtier externe pour la conversion USB), qui cette fois, ne pose aucun des problèmes rencontrés avec le Bitscope.

J'ai la version hardware THS 720 STD et firmware v 1.03 de 1995.

Il n'y a pas d'upgrade possible.

Hard copy écran oscilloscope

Fonctionnement parfait, en lançant le petit soft disponible gratuitement sur le site Tektro, WINTEK 32, et en appuyant sur le bouton, une image exacte de l'écran est sauvée dans un fichier sur le disque. Voici un exemple, sur un bus I2C. Cela suffit souvent pour illustrer un dossier technique.

Transfert mémoire d'acquisition oscilloscope vers PC

C'est plus ambitieux, toutes les données du tampon sont transmises et permettent diverses manipulations a posteriori, comme changer les échelles, décaler les traces.

Une ancienne version de Wavestar 1.33, en 16 bits (Windows 3.11) est disponible sur le site Tektro. Elle marche assez mal en 32 bits (Win 98 et XP) mais permet parfois de récupérer les données. Elle est instable et incomplète.

Voici le résultat, quand l'application veut bien marcher (il faut fermer toutes les autres applications) :

Wavestar WSTRO est une autre application beaucoup plus élaborée, disponible en téléchargement sur le site Tektro. Elle est totalement fonctionnelle, seulement limitée à 30 jours. Le paiement de la licence supprime cette limitation, mais à un prix très dissuasif.
Ce produit a une ergonomie curieuse, mais une fois que l'on a compris, toutes les fonctions de l'oscilloscope sont accessibles.

L'offre Tektro n'est pas très claire, il existe aussi un autre produit référence WSTROU, trois fois moins cher, qui update la version gratuite 16 bits en 32, mais qui est beaucoup moins puissant que le WSTRO complet.

Conclusion

Si l'on excepte les curiosités logicielles signalées, le THS 720 est un bon petit produit, facile à transporter en déplacement, bien que beaucoup trop cher.

J'ai eu ensuite un TDS 3012, plus gros mais bien meilleur.

Il est décrit dans une autre page : Mesures au laboratoire amateur

J'ai eu ensuite un Tektronix 2465b, à l'image analogique plus fine, mais qui a l'inconvénient de ne pas proposer la recopie d'écran GPIB, il faut plusieurs oscilloscopes pour combler tous les besoins.

Liens Oscilloscopes numériques

Solution 2016 : Bien plus moderne que tout le reste, un produit très complet qui devrait être suivi par Elektor : elektor.fr/red-pitaya
Il est vraiment performant et dispose d’une batterie d’outils pour le développement d’applications.

THS 720 THS 720

Logiciel Teltro Wavestar

WaveStar Software, datasheet
Prix US pour WSTRO ($255) et WSRTOU ($85) , WaveStar (WSTR31 & WSTRO) Software FAQ : page fermée
Démo 30 jours 2.6 de 20 Mo (attention, diverses versions suivant la famille) : page fermée

Logiciel tiers indépendant

AES Wave, version 1.6.4 en démo 30 jours et achat à $270.
Il semble moins complet que le WSTRO, et malgré ce qu'en dit la documentation, il ne semble pas reconnaître les THS 7xx (?)

Autres petits logiciels

Softs basiques en libre chargement :
Applications DOS et 16 bits anciennes (?) :
WSTR31: WaveStar™TM Waveform Capture Software
WSTR31U: DocuWave™TM Software Upgrade to WSTR31

Oscilloscope PC : Bitscope

Un modèle sort particulièrement du lot car il a l'avantage d'être le seul en open source. Tous est disponible, schéma cuivre, kit ou fini. Il existe beaucoup d'accessoires et d'options. Complet c'est un extraordinaire outil au prix imbattable de moins de $500 monté et livré. Il existe aussi un pilote Linux.
Le site Bitscope : bitscope.com
Le Bitscope est issu d'un concours de Circuit Cellar dont je conseille vivement l'abonnement à $15/an, les revues pfd mensuelles font environ 40 mB (12 mB zippées), sinon version papier plus agréable à lire.
Le site Circuit Cellar : circuitcellar.com

Les autres oscilloscopes PC

>>>>>>>>>>>> 12 bits >>>>>>>>>>>>

Pico ADC-212/100 : Les caractéristiques sont exceptionnelles, c'est un bon choix dans la gamme des 1500 $.
Il est en 12 bits, mais il lui manque l'USB. Pico : picotech.com/pc_oscilloscope

>>>>>>>>>>>> 9 bits>>>>>>>>>>>>

>>>>>>>>>>>> Tous les suivants sont en 8 bits >>>>>>>>>>>>

Tiepie scope : tiepie

Les gammes inférieures

NI 5102 for USB : sine.ni.com
Une gamme d'oscilloscopes PC lents : microtec.dk

Carte d'acquisition lente, 12 vits, multi voies USB : labjack.com

Documents généraux sur les oscilloscopes

Bases de fonctionnement des oscilloscopes : tek.com/Measurement
NI high-speed digitizers : oscilloscopes.ni.com

Considérations sur l'implantation USB : A simple usb oscilloscope for the PC : eix.co.uk/Ethernet/USB

* Liens vérifiés le 03/03/16

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Electronique