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Generalità
Gli oscilloscopi digitali hanno la funzione di convertire il segnale da analogico a digitale (mediante un convertitore) e successivamente ricostruire la forma d'onda mediante l'analisi dei campioni ottenuti. Normalmente si possono interfacciare con un host computer per inviare dati e ricevere comandi. Gli oscilloscopi digitali hanno una frequenza di campionamento molto maggiore degli oscilloscopi analogici. Gli oscilloscopi digitali sono provvisti di un display composto da una matrice di pixel con Ny righe e Nx colonne. Il calcolo delle linee è affidato alla CPU.  Per visualizzare il segnale di ingresso, esso viene campionato (comportando un errore di quantizzazione, dipendente dal numero di bit), ricostruzione nel tempo, che porta a fenomeni di aliasing, e infine riprodotto.

DSO multicanali
Ne esistono di diverso tipo:
-N condizionatori, un multiplexer prima del convertitore, un solo convertitore ADC e una sola memoria. Questi oscilloscopi hanno un funzionamento simile alla modalità chopped dell'oscilloscopio analogico. Hanno una frequenza di campionamento pari a Fc/2, con campioni presi da due canali diversi traslati nel tempo.
-N blocchi di condizionamento, N convertitori ADC e una sola memoria. Gli oscilloscopi di questo tipo hanno un convertitore per canale e comportano una frequenza di campionamento pari a Fc. Tutti i campioni sono ottenuti contemporaneamente e hanno quindi bisogno di una memoria con una velocità tale da archiviare questi dati (velocità di scrittura pari a 1/N).
-N blocchi di condizionamento, N convertitori ADC e N memorie. Questi oscilloscopi, muniti di un convertitore per canale, garantiscono una frequenza di campionamento pari a Fc. I campioni sono ottenuti contemporaneamente e sono accessoriati con una memoria per canale, in modo da garantire l'archiviazione dei dati.

Circuiti di trigger
Essi sono molto più evoluti rispetto agli oscilloscopi analogici. Infatti se negli oscilloscopi analogici si basavano sul livello e sulla pendenza, negli oscilloscopi digitali è possibile avere anche pre e post trigger e molte altre opzioni.
Il trigger con isteresi prevede due livelli, uno per la generazione del trigger, l'altro per l'abilitazione. Nel caso siano presenti più canali è possibile destinare un canale al livello del trigger, l'altro alla pendenza. Il trigger può anche essere imposto da un pattern, nel senso che una volta definiti i valori di tensione corrispondenti allo "0" e all'"1" logico si possono visualizzare solo i livelli imposti. Si possono inoltre aggiungere altre condizioni, legate ad esempio al tempo, alle ripetizioni (rimbalzi) o a combinazioni logiche (AND, OR...). Nel trigger autolevel il DSO sceglie automaticamente la pendenza (positiva) e il livello (Vmax-Vmin)/2

Visualizzazione
Sullo schermo è disponibile un numero limitato di pixel (Nv). La memoria di acquisizione contiene fino a Ni campioni.
-Se Ni>Nv, bisogna effettuare un ulteriore campionamento per visualizzare il segnale corretto. In questo caso si hanno diverse possibilità: o si trasla la porzione di segnale visualizzata, oppure si effettua uno zoom su una parte del segnale.
-Se Ni<Nv, bisogna effettuare interpolazioni per riprodurre un segnale con una forma d'onda simile all'originale. In questo caso se non si vuole interpolare si possono visualizzare solo i punti disponibili. In ogni caso bisogna comunque rispettare il teorema del campionamento (di Shannon), che prevede che la frequenza di campionamento deve essere per lo meno doppia rispetto alla frequenza del segnale, per non avere perdita di informazioni.

Aliasing
Esistono due tipi di aliasing:
-percettivo, in quanto l'uomo interpola un segnale associando come "vicini" punti spazialmente vicini e non "temporalmente". In questo caso si ha la percezione di segnali non sincronizzati, quando invece è presente invece un solo segnale con alta frequenza.
-strumentale, si ha quando non si soddisfa il teorema del campionamento, e si va a visualizzare segnali ad una frequenza troppo alta.

Interpolazione
Per non incorrere in fenomeni di aliasing percettivo e per sfruttare appieno le potenzialità dell'oscilloscopio digitale è bene utilizzare la visualizzazione del segnale interpolata. Esistono diversi tipi di interpolazione, che variano a seconda dell'ADC utilizzato:
-interpolazione lineare, unisce semplicemente i punti temporalmente vicini con una linea spezzata. Per avere una visione del segnale accettabile, bisogna che i campioni siano almeno 10 per periodo
-interpolazione sinc, unisce i punti temporalmente vicini con una interpolazione che sfrutta la sommatoria del segnale sinc. Questa sommatoria è infinita e quindi, per avere il segnale corretto bisognerebbe avere tempo di elaborazione infinito. Più l'approssimazione richiede tempo più il segnale veritiero e meno si hanno problemi con fronti di salita ripidi e ondulazioni (fenomeno di Gibbs).
-interpolazione mediante algoritmi più complessi, che normalmente si basano su una pesatura del numero dei campioni.

Specifiche dei DSO
Non esiste uno standard e quindi è difficile valutare le prestazioni di oscilloscopi di marche differenti. Alcuni parametri di valutazione importanti sono:
-Bit equivalenti, che indicano il numero di campioni che possono essere raccolti in un intervallo di tempo
-Banda passante, indicata dalla funzione di trasferimento (normalmente approssimata con un sistema del primo ordine). Normalmente sono riportati i dati relativi al campionamento one-shot e casuale.
-Frequenza di campionamento, che indica il numero di campioni raccolti o con una sola passata (one-shot), oppure con ripetute analisi.
-Accuratezza statica verticale
-Caratterizzazione dei valori temporali.

Per le immagini Ringraziamo ©ResonantSoundTechnology