Universidad Politécnica de Cartagena Departamento de Electrónica, Tecnología de Computadoras y Proyectos Ingeniero de Telecomunicación Instrumentación Electrónica Tema 5. Medidas de señales con el osciloscopio 1/44
Índice 5.1. Introducción 5.2. Integridad de la señal 5.2.1. La importancia de la integridad de la señal 5.2.2. El problema la integridad de la señal 5.2.3. Orígenes analógicos de las señales digitales 5.3. El osciloscopio 5.3.1. Las formas de onda y su medida 5.3.2. Tipos de ondas 5.3.2.1. Ondas sinusoidales 5.3.2.2. Ondas cuadradas y rectangulares 5.3.2.3. Ondas en diente de sierra y triangulares 5.2.2.4. Ondas en escalón y pulsos 5.2.2.5. Señales síncronas y asíncronas 5.2.2.6. Ondas complejas 5.3.3. Medidas de las formas de onda 5.4. Tipos de osciloscopios. 5.4.1. Introducción. Necesidad de almacenamiento de la señal. 5.4.1.1. Técnicas de almacenamiento convencional 5.4.1.2. Almacenamiento digital. 5.4.2. Osciloscopios analógicos 5.4.3. Osciloscopios digitales 5.4.3.1. Osciloscopios de memoria digital 5.4.3.2. Osciloscopios de fósforo digital 5.4.3.3. Osciloscopios de muestreo 5.4.3.4. Conversores analógico-digital utilizados en los osciloscopios 5.5. Sistemas y controles de un osciloscopio 5.5.1. Sistema y controles verticales 5.5.1.1. Posición y voltios por división 5.5.1.2. Acoplamiento de la entrada 5.5.1.3. Límite de ancho de banda 5.5.1.4. Modos de presentación alternado y troceado 5.5.2. Sistema y controles horizontales 5.5.2.1. Controles de adquisición 5.5.2.2. Modos de adquisición 5.5.2.3. Inicio y parada del sistema de adquisición 5.5.2.4. Muestreo 5.5.2.5. Controles de muestreo 5.5.2.6. Métodos de muestreo 5.5.2.7. Posición y segundos por división 5.5.2.8. Selecciones de la base de tiempos 5.5.2.9. Zoom 5.5.2.10. Modo XY 5.5.2.11. Eje Z 5.5.2.12. Modo XYZ 5.5.3. Sistema de disparo y controles 5.5.3.1. Posición del disparo 5.5.3.2. Nivel y pendiente de disparo 5.5.3.3. Fuentes de disparo 5.5.3.4. Modos de disparo 5.5.3.5. Acoplamiento del disparo 5.5.3.6. Retención del disparo ( holdoff ) 2/44
5.5.4. Sistema de presentación y controles 5.5.5. Técnicas de presentación 5.5.5.1. Conversor Digital-Analógico (D/A) 5.5.5.2. Solapamiento (aliasing) 5.5.5.3. Presentación por puntos 5.5.5.4. Interpolación lineal o presentación vectorial 5.5.5.5. Interpolación senoidal 5.5.5.6. Interpolación senoidal modificada 5.5.5.7. Detección de pico (modo de envolvente) 5.5.5.8. Modo de desplazamiento 5.5.5.9. Predisparo 5.5.6. Otros controles del osciloscopio 5.6. Las sondas 5.6.1. Introducción 5.6.2. Sondas pasivas 5.6.3. Sondas activas 5.6.4. Sondas diferenciales de tensión 5.6.5. Sondas de corriente 5.6.6. Otros tipos de sondas 5.6.7. Accesorios de las sondas 5.7. Términos y consideraciones acerca de las prestaciones 5.7.1. Ancho de banda 5.7.2. Tiempo de subida 5.7.3. Ancho de banda y tiempo de subida útiles 5.7.3.1. Ancho de banda útil 5.7.3.2. Tiempo de subida útil 5.7.4. Velocidad de muestreo 5.7.5. Velocidad de captura de formas de onda 5.7.6. Longitud de registro y capacidad de memoria 5.7.7. Inestabilidad horizontal 5.7.8. Procesamiento de señales 5.7.8.1. Almacenamiento Diferencial 5.7.8.2. Suavizado 5.7.8.3. Promediado 5.7.8.4. Señales promediadas: Mejor resolución y mayor precisión 5.7.9. Capacidades del disparo 5.7.10. Bits efectivos 5.7.11. Respuesta en frecuencia 5.7.12. Sensibilidad vertical 5.7.13. Velocidad de barrido 5.7.14. Precisión de la ganancia 5.7.15. Precisión horizontal (base de tiempos) 5.7.16. Resolución vertical (convertidor analógico/digital) 5.7.17. Precisión vertical 5.7.18. Conectividad 5.7.19. Capacidades de expansión 5.7.20. Facilidad de utilización 5.7.21. Sondas 5.7.22. Comentarios acerca de la resolución de memoria, resolución de presentación y frecuencia de muestreo. 3/44
5.8. Operación con el osciloscopio. 5.8.1. Configuración 5.8.2. Conexión a tierra del osciloscopio 5.8.3. Conexión a tierra del operario 5.8.4. Configuración de los controles 5.8.5. Utilización de las sondas 5.8.6. Conexión de la pina de toma de tierra. 5.8.7. Compensación de la sonda. 5.9. Técnicas de medida con osciloscopios. 5.9.1. Medidas de voltaje. 5.9.2. Medidas de tiempo y frecuencia. 5.9.3. Medidas de ancho de pulso y de tiempos de subida. 5.9.4. Mediciones derivadas. 5.9.5. Medidas de desplazamiento de fase. 5.9.6. Detección de espúreos (Glitches). 5.9.7. Mediciones diferenciales. 5.9.8. Utilización del disparo TV. 5.9.9. Mediciones con barrido retardado. 5.9.10. Osciloscopios de base de tiempos única. 5.9.11. Osciloscopios de doble base de tiempos. 5.9.12. Mediciones en dos velocidades de barrido. 5.9.13. Disparo B independiente. 5.9.14. Aumento de la precisión de las mediciones de tiempo. 5.9.15. Otras técnicas de medida. 5.10. Conclusiones. 5.10.1. Comparación de instrumentos de almacenamiento digital y analógico Glosario de términos 4/44
Bibliografía ABC... del osciloscopio digital de Tektronix XYZ de los osciloscopios de Tektronix ABC de las Sondas de Tektronix XYZ del empleo del osciloscopio de Tektronix Una aproximación al mundo de las sondas de Tektronix Objetivos Describir cómo funciona un osciloscopio Describir las diferencias entre los osciloscopios analógicos, de memoria digital, de fósforo digital, y de muestreo Describir los tipos de formas de ondas eléctricas Entender los controles básicos de un osciloscopio Efectuar medidas simples 5/44
5.1. Introducción. Los sensores pueden convertir a estas fuerzas en señales eléctricas que se pueden observar y estudiar mediante un osciloscopio. Los osciloscopios permiten a los científicos, ingenieros, técnicos, educadores, y demás profesionales, ver eventos que cambian con el tiempo. Los osciloscopios son herramientas indispensables para cualquiera que trabaje en diseño, fabricación o reparación de equipos electrónicos. La utilidad de un osciloscopio no está limitada al mundo de la electrónica. Con el transductor adecuado, un osciloscopio puede medir todo tipo de fenómenos. Los osciloscopios son utilizados por todo el mundo, desde físicos a técnicos de reparación de televisores. Un ingeniero de automoción utiliza un osciloscopio para medir las vibraciones del motor. Un investigador médico utiliza un osciloscopio para medir las ondas cerebrales. Las posibilidades no tienen límites. Figura 5.1. Un ejemplo de datos científicos recogidos por un osciloscopio. 6/44
5.2. Integridad de la señal. 5.2.1. La importancia de la integridad de la señal Integridad de la señal: es la habilidad del osciloscopio para reconstruir con precisión una forma de onda. En conjunto, los diferentes sistemas (incluidas las sondas) y el nivel de prestaciones de un osciloscopio contribuyen a su habilidad para representar una señal con las características de integridad más elevadas posibles. La integridad de la señal influye en muchas disciplinas de diseño electrónico tanto analógico como digital. 5.2.2. El problema la integridad de la señal - Antes, mantener una integridad aceptable de la señal digital significaba prestar atención a detalles como distribución del reloj, diseño de la ruta de la señal, márgenes de ruido, efectos de carga, efectos de línea de transmisión, terminación del bus, desacoplamiento y distribución de la potencia. - Ahora, los tiempos de ciclo de bus son más rápidos y las velocidades de flanco también están aumentando. - El tiempo de subida de una señal digital puede transportar componentes de frecuencia mucho más elevadas que lo que su velocidad de repetición pudiera implicar. 7/44
- Las pistas de la tarjeta de circuito de sólo 15 cm de largo se convierten en líneas de transmisión cuando se incluyen señales que muestran tiempos de transición de flanco inferiores a cuatro o seis nanosegundos, sin importar la velocidad del ciclo. En efecto, se crean nuevas rutas de la señal. Estas conexiones intangibles no están en los diagramas del circuito, pero sin embargo proporcionan los medios para que las señales se influencien entre sí de forma impredecible. - Al mismo tiempo, las rutas proyectadas para la señal no trabajan en la forma anticipada. Los planos de tierra y los planos de alimentación, como las pistas de la señal descritas anteriormente, se vuelven inductivas y actúan como líneas de transmisión. El desacoplo de la fuente de alimentación resulta así mucho menos eficaz. Las interferencias EMI aumentan conforme las velocidades de flanco más rápidas producen longitudes de onda más cortas respecto a la longitud del bus. La diafonía aumenta. - Adicionalmente, estas rápidas velocidades de flanco requieren, por lo general, corrientes elevadas para producirlas. Las corrientes elevadas tienden a causar rebotes de tierra, especialmente en buses anchos en los que muchas señales cambian a la vez. Además, estas corrientes más elevadas aumentan la cantidad de energía magnética radiada y, con ello, la diafonía. 8/44
5.3. El osciloscopio El osciloscopio es un dispositivo de presentación de gráficas, es decir, traza una gráfica de una señal eléctrica. En la mayoría de las aplicaciones, esta gráfica muestra cómo cambia una señal con el tiempo: el eje vertical (Y) representa el voltaje, y el eje horizontal (X) representa el tiempo. La intensidad o brillo de la pantalla se denomina, a veces, eje Z. Figura 5.2. Componentes X, Y y Z de una presentación de forma de onda. 9/44
Este gráfico puede informar de muchos aspectos acerca de una señal, tales como: Los valores de tiempo y tensión de una señal La frecuencia de una señal oscilante Las partes móviles de un circuito representadas por una señal La frecuencia con la que está ocurriendo una porción particular de la señal con relación a otras porciones Si el mal funcionamiento de un componente está distorsionando la señal o no Qué parte de una señal es corriente continua (CC) y qué parte corriente alterna (CA) Qué parte de una señal es ruido, y si el ruido cambia en el tiempo 10/44
5.3.1. Las formas de onda y su medida 11/44
5.3.3. Medidas de las formas de onda Frecuencia y periodo Voltaje y Amplitud Fase 12/44
5.4. Tipos de osciloscopios 5.4.2. Osciloscopios Analógicos Figura 5.18. Arquitectura de un osciloscopio analógico. 13/44
Almacenamiento de la señal: A. Convencional 1. Almacenamiento en Fósforo (Biestable) Ventajas: Sencillo y barato. Posibilidad de fraccionar la representación Buena resolución vertical Desventajas: Baja prestación en la representación rápida Dificultad en el ajuste de la posición de ciertas señales después de haber sido detectadas. Baja calidad de presentación (brillo y contraste) Aplicaciones: Registro de datos, comparación de señales, aplicaciones mecánicas. 14/44
2. Almacenamiento en Placa 2.1. Persistencia variable Ventajas: Capacidad de representación de señales de baja velocidad de repetición. Capacidad de representación de señales de transición rápida. Buen contraste entre las señales y el fondo de la pantalla. 2.2. Transferencia rápida Ventajas: Mejor relación capacidad/precio. Buenas prestaciones con eventos uniciclo de alta velocidad Desventajas: Poco tiempo en el que la señal está disponible. 15/44
5.4.3. Osciloscopios Digitales 16/44
Almacenamiento de la señal: B. Digital 1. Osciloscopios de memoria digital (DSO) Características: Aplicaciones: La arquitectura es de procesado en serie. Permite la captura y visualización de transitorios. Almacenado permanente de la señal y procesado de la forma de onda. No tiene gradación de intensidad de la señal en tiempo real. Baja velocidad de repetición o de ocurrencia única Alta velocidad Múltiples canales 17/44
2. Osciloscopios de fósforo digital (DPO, DPX) Características: La arquitectura es en procesado paralelo Presenta la señal en tres dimensiones (tiempo, amplitud y distribución de la amplitud en el tiempo). Aplicaciones: Visualización de altas y bajas frecuencias. Formas de ondas repetitivas y transitorias. Variaciones de la señal en tiempo real. 18/44
3. Osciloscopios de muestreo Características: El puente de muestreo está colocado delante del amplificador. El rango dinámico es reducido. Aplicaciones: Medida de señales de muy alta frecuencia (50 GHz). 19/44
5.5. Sistemas y controles de un osciloscopio Con la Base de Tiempos se ajusta el tiempo de representación a lo largo de la pantalla. Con el Disparo se estabiliza una señal repetitiva o se visualiza un evento. Con la Atenuación o amplificación de la señal se ajusta ésta al rango de medida deseado. Figura 5.31. Sección de control del panel frontal de un osciloscopio. 20/44
5.5.1. Sistemas y controles verticales: Posición y voltios/división Acoplamiento de la entrada (CC, CA, GND) Límite del ancho de banda Figura 5.32. Acoplamientos de entrada en CA y CC. 21/44
Modos de presentación (alternado o troceado) Figura 5.33. Modos de presentación multicanal. 22/44
5.5.2. Sistemas y controles horizontales: Modos de adquisición: o Muestra (Sample) o Detección de Picos (Peak Detect) o Alta resolución (Hi Res) o Envolvente (Envelope) o Promediado (Average) Métodos de muestreo: o En tiempo real 23/44
o En tiempo equivalente 24/44
5.5.3. Sistemas de disparo y controles: Controles de disparo: Por velocidad de transición Por espúreos Por ancho de pulso Por lapso de tiempo Por seudopulso Lógico Por setup y hold Comunicaciones 25/44
5.6. Las sondas 5.6.1. Introducción Una sonda funciona conjuntamente con un osciloscopio como parte de un sistema de medida. La precisión de las medidas comienza en la punta de la sonda. Las sondas adecuadas adaptadas al osciloscopio y al dispositivo bajo prueba (DUT) no sólo permiten que la señal sea llevada al osciloscopio limpiamente, sino que también amplifican y preservan la señal para conseguir una mayor integridad y precisión de la medida. Las sondas se convierten en parte del circuito, introduciendo cargas resistivas, capacitivas e inductivas que, inevitablemente, alteran la medida. Para lograr los resultados más precisos, se intentará seleccionar una sonda que ofrezca una carga mínima. La adaptación ideal de la sonda con el osciloscopio minimizará esta carga y permitirá tener acceso a toda la potencia, características y capacidades del osciloscopio. 26/44
5.6.2. Sondas pasivas Las sondas pasivas de tensión no son, de hecho, dos simples cables eléctricos. Se fabrican exclusivamente con componentes pasivos (resistencias, bobinas y condensadores). Las sondas de tensión son las más comunes por ser económicas, fáciles de usar y tener un amplio rango dinámico. Además, son muy robustas, y debido a su sencillez, su mantenimiento es mínimo. Las sondas pasivas proporcionan excelentes soluciones para pruebas de tipo general. Sin embargo, las sondas pasivas de tipo general no pueden medir con exactitud señales con flancos de subida extremadamente rápidos, y pueden cargar excesivamente ciertos circuitos sensibles. El factor de atenuación de una sonda de tensión determina la proporción que hay entre las amplitudes de las señales de entrada y salida de la misma cuando la sonda se conecta al osciloscopio. En este sentido son típicos los factores de atenuación xl, xl0, xl00 y xl000. Cuanto más elevado es el factor de atenuación de una sonda, menor es la sensibilidad vertical del sistema de medida sonda-osciloscopio, aunque por otro lado mayor es la tensión máxima que se puede medir. Figura 5.63. Sonda de tensión atenuadora x10 27/44
La compensación de la sonda es necesaria si se quiere conseguir una respuesta plana del sistema sondaosciloscopio a lo largo de todo el ancho de banda de este último. En caso contrario, las frecuencias elevadas se verán bien amplificadas (sonda sobrecompensada) o bien atenuadas (sonda subcompensada), originando en ambos casos una distorsión en la señal presente en pantalla del osciloscopio. Cuando la sonda está compensada, el puente de impedancias de la sonda está equilibrado. Las capacidades elevadas de entrada en los equipos de medida provocan que los tiempos de subida medidos sean más lentos que los reales, mientras que impedancias de entrada bajas (paralelo de una carga resistiva con una carga capacitiva) originan amplitudes medidas inferiores a las verdaderas. Figura 5.66. Efectos de la capacidad e impedancia de entrada. 28/44
El ancho de banda del sistema Sonda-Osciloscopio determina la frecuencia máxima de una señal senoidal que dicho sistema puede adquirir sin reducir la amplitud por debajo del 70,7% de su valor real (punto de -3 db de la curva de respuesta en frecuencia de la figura 5.67). Se puede demostrar que el ancho de banda del sistema sonda-osciloscopio es siempre inferior a los anchos de banda de la sonda y del osciloscopio por separado. Así, por ejemplo, un osciloscopio de 500 MHz junto con una sonda de 500 MHz proporcionan un ancho de banda conjunto de 350 MHz. Por ello, para mantener el ancho de banda del osciloscopio en la punta de la sonda, es necesario que el ancho de banda de ésta sea muy superior al de aquel. Figura 5.67. Curva de respuesta en frecuencia. 29/44
El porcentaje de aberración, es un margen para las sobreoscilaciones que se generan en la respuesta del sistema sonda-osciloscopio cuando a la entrada de éste se aplica una señal con forma de escalón. Las aberraciones se originan al resonar el circuito RLC de entrada del sistema sonda-osciloscopio. Se pueden eliminar estas aberraciones reduciendo la longitud del terminal de masa de la sonda, para así disminuir su inductancia asociada. Figura 5.68. Aberración típica de una sonda de tensión atenuadora x10. 30/44
5.6.3. Sondas activas El aumento de las velocidades de la señal y de las familias lógicas de más bajo voltaje dificulta la obtención de resultados exactos en las medidas. La fidelidad de una señal y la carga del dispositivo son factores críticos. Una completa solución de medida a estas altas velocidades incluirá soluciones de sondas de alta velocidad y alta fidelidad que se adapten a las prestaciones del osciloscopio. Figura 5.73. Las sondas de altas prestaciones son críticas cuando se miden los rápidos relojes y flancos que se encuentran en los buses de los ordenadores y líneas de transmisión actuales. Las sondas activas emplean componentes activos (transistores y fuentes de alimentación) tanto en el cuerpo de la sonda como en su caja de terminación. Necesitan una fuente de alimentación para su funcionamiento, que puede ser externa o provenir del propio osciloscopio. 31/44
5.6.4. Sondas diferenciales de tensión Las sondas activas y diferenciales utilizan circuitos especialmente desarrollados para conservar la señal durante su acceso y transmisión al osciloscopio, asegurando la integridad de las mismas. Para medidas de señales con tiempos de subida rápidos, una sonda activa o diferencial de alta velocidad proporcionará resultados más precisos. Figura 5.75. Las sondas diferenciales pueden separar el ruido en modo común del contenido de la señal de interés, en las actuales aplicaciones de alta velocidad y bajo voltaje, una característica especialmente importante conforme las señales digitales siguen acercándose a los umbrales típicos de ruido que se encuentran en los circuitos integrados. 32/44
5.7. Términos y consideraciones acerca de las prestaciones de un osciloscopio 5.7.1. Ancho de banda El ancho de banda determina la capacidad básica de un osciloscopio para medir una señal. Conforme aumenta la frecuencia de la señal, disminuye la capacidad del osciloscopio para presentar la señal con exactitud. Esta especificación indica el rango de frecuencia que el osciloscopio puede medir con precisión. El ancho de banda de un osciloscopio se define como la frecuencia a la cual una señal sinusoidal se presenta atenuada un 70,7% respecto a la amplitud real de la señal. Este punto se conoce como el punto a -3 db, término basado en una escala logarítmica. Figura 5.81. El ancho de banda de un osciloscopio. 33/44
Regla de las 5 veces: Ancho de banda requerido del osciloscopio = Componente de más alta frecuencia de la señal a medir x 5 Un osciloscopio que se haya seleccionado utilizando la Regla de las 5 veces presentará menos del +/-2% de error en las medidas. Sin embargo, conforme aumenten las velocidades de la señal, puede que no sea posible alcanzar estas condiciones. Hay que tener siempre en cuenta que un mayor ancho de banda proporcionará siempre una reproducción más precisa de la señal. Figura 5.82. Cuanto mayor es el ancho de banda, mayor es la precisión en la reproducción de la señal, según se ilustra con una señal capturada a niveles de ancho de banda de 250 MHz, 1 GHz y 4 GHz. 34/44
5.7.2. Tiempo de subida El tiempo de subida puede ser una consideración de prestaciones más apropiada cuando se van a medir señales digitales, tales como pulsos y escalones. El osciloscopio deberá tener un tiempo de subida suficientemente pequeño para capturar con precisión los detalles de las transiciones rápidas. El tiempo de subida describe el rango de frecuencia útil de un osciloscopio. Para el cálculo del tiempo de subida requerido en un osciloscopio, se utiliza la siguiente ecuación: Tiempo de subida requerido en el osciloscopio = Tiempo de subida más rápido de la señal medida 5 Como en el caso del ancho de banda, la consecución de esta regla práctica puede no siempre ser posible dada la alta velocidad de las señales actuales. Hay que recordar siempre que un osciloscopio con tiempos de subida más rápidos capturará más precisamente los detalles críticos de las transiciones rápidas. 35/44
Figura 5.83. Caracterización del tiempo de subida de una señal digital de alta velocidad. 36/44
En algunas aplicaciones, sólo se puede conocer el tiempo de subida de una señal. El ancho de banda y el tiempo de subida de un osciloscopio se pueden relacionar mediante una constante, utilizando la ecuación: Ancho de banda = k / Tiempo de subida Donde k es un valor entre 0,35 y 0,45, dependiendo de la forma de la curva de respuesta de frecuencia del osciloscopio y de la respuesta del tiempo de subida. Los osciloscopios con un ancho de banda <1 GHz típicamente tienen un valor de 0,35, mientras que los osciloscopios con un ancho de banda >1 GHz tienen habitualmente valores entre 0,40 y 0,45. Algunas familias lógicas producen tiempos de subida inherentemente más rápidos que otras: Familia lógica Tiempo de subida de una señal típica Ancho de banda calculado de la señal TTL 2 ns 175 MHz CMOS 1,5 ns 230 MHz GTL 1 ns 350 MHz LVDS 400 ps 875 MHz ECL 100 ps 3,5 GHz GaAs 40 ps 8,75 GHz Figura 5.84. Algunas familias lógicas producen tiempos de subida inherentemente más rápidos que otras. 37/44
5.7.4. Velocidad de muestreo La velocidad de muestreo expresada en muestras Samples por segundo (S/s), especifica con qué frecuencia un osciloscopio digital tomará una instantánea, o una muestra, de la señal, de forma análoga a los fotogramas de una cámara de cine. Cuanto más rápida es la velocidad de muestreo de un osciloscopio, mayores serán la resolución y el detalle de la forma de onda presentada, y menor la probabilidad de que se pierda información crítica o eventos de interés. Figura 5.89. Una mayor velocidad de muestreo proporciona una mayor resolución de la señal, asegurando así la observación de eventos intermitentes. 38/44
La velocidad de muestreo expresada en función de la frecuencia (20 x 10 6 muestras por segundo), equivale a decir que la velocidad de muestreo es de 20 MHz. A veces se cita la velocidad de información, es decir, el número de bits de datos almacenados en un segundo (160 millones de bits por segundo). Para efectuar la conversión entre ambos valores basta con dividir la velocidad de la información entre el número de bits utilizado por el conversor A/D (en este caso, suponiendo un conversor de 8 bits, sería 160 x 10 6 bits dividido entre 8, lo que es igual a 20 x 10 6 muestras por segundo). En otras ocasiones, se expresa en función del intervalo de muestreo, como una relación tiempo/ puntos (50 ns por punto), el inverso de la frecuencia. Para determinar la velocidad de digitalización para una determinada posición del mando TIME/DIV, se emplea la fórmula: Velocidad de digitalización = Palabras de datos por división / Posición del mando TIME/DIV El número de palabras de datos por división es: Palabras de datos por división = longitud del registro de la forma de onda / longitud de barrido (en divisiones) Por ejemplo, si una forma de onda se almacena en 1.024 palabras de datos y la pantalla muestra los 1.024 puntos en 10,24 divisiones (algunos osciloscopios utilizan una pantalla de diez divisiones), el número de palabras de datos por división es de 100. Al dividir ese valor por la posición del mando TIME/DIV se obtiene la frecuencia de digitalización. Para 1 segundo, la frecuencia sería 100 Hz; para 10 microsegundos, la frecuencia sería 10 MHz. 39/44
5.7.5. Velocidad de captura de formas de onda La velocidad de captura indica la rapidez con la que un osciloscopio adquiere formas de onda completas. Figura 5.90. Un DSO es la solución ideal para aplicaciones de diseño digital con requerimientos multicanal, de alta velocidad y de señal no repetitiva. Figura 5.91. Un DPO permite un nivel superior de observación del comportamiento de la señal, proporcionando velocidades de captura de forma de onda mucho más grandes y una presentación tridimensional, convirtiéndose en la mejor herramienta de diagnóstico y localización de fallos en diseños de tipo general para un amplio rango de aplicaciones. 40/44
5. 7. 6. Longitud del registro y capacidad de memoria La longitud de registro, expresada como el número de puntos (muestras) que conforman un registro completo de una longitud de onda, determina la cantidad de datos que se pueden capturar en cada canal. Puesto que, dependiendo de la capacidad de memoria, un osciloscopio puede almacenar solamente un número limitado de formas de onda, la duración (el tiempo) de la forma de onda será inversamente proporcional a la velocidad de muestreo del osciloscopio. Intervalo de tiempo = Longitud de registro / Velocidad de muestreo 41/44
5.7.7. Inestabilidad horizontal (jitter) La inestabilidad horizontal aparece cuando se efectúan varias adquisiciones de una señal. El valor de esta inestabilidad es de ±1/2 intervalo de muestreo (intervalo de muestreo es el tiempo existente entre muestras sucesivas) y se debe a la forma en que el osciloscopio digital almacena la señal. El osciloscopio digital siempre está adquiriendo la señal de entrada, no espera el evento de disparo (como sucede en un osciloscopio analógico). Por tanto, no existe una relación temporal consistente entre el reloj de digitalización y el evento de disparo. A medida que se producen disparos y trazados sucesivos de la señal de entrada, la relación entre el reloj y la forma de onda puede variar ± 1/2 intervalo de muestreo. La traza parece entonces desplazarse ligeramente hacia adelante y hacia atrás, lo que limita enormemente la claridad y eficacia del instrumento cuando se desea amplificar la presentación. 42/44
5.10.1. Comparación de Instrumentos de Almacenamiento Digital y Analógico Capacidad de almacenamiento Ancho de banda Problemas al superar el ancho de banda Resolución Errores de medida Almacenamiento Analógico Compromiso entre la amplitud de la señal y la frecuencia máxima almacenada. Dificultad en escribir transiciones rápidas/lentas sin destellos molestos. Fijo, determinado por la respuesta del amplificador y/o la velocidad de escritura. La limitación de banda atenúa la amplitud; las transiciones de alta velocidad no se detectan. Uniforme. Verticalmente limitada por el perfil del punto. Horizontalmente limitada por la anchura de la traza. Las características del error son independientes de la señal de entrada; la atenuación debida a la limitación de banda, linealidad, etc., puede medirse y utilizarse para mejorar la precisión de la medida. Almacenamiento Digital La frecuencia máxima almacenada es independiente de la amplitud. Ningún tipo de destellos. El modo de envolvente permite detectar glitches a cualquier velocidad de barrido. Variable, determinado por la velocidad de digitalización seleccionada con el mando TIME/ DIV; o fijo, en el modo de envolvente. El solapamiento crea señales falsas; los impulsos estrechos no se almacenan. Resolución vertical cuantificada; resolución horizontal limitada por el tamaño de la memoria y el tipo de reconstrucción de la presentación. Las características del error dependen de la relación de temporización entre la señal de entrada y el reloj de muestreo; los errores máximos son del mismo orden que los de los sistemas analógicos pero las características de error no permiten su utilización para mejorar la precisión. 43/44
Actividades Actividad 1. Realizar una lectura rápida del Tema, marcando todos los conceptos y definiciones. Hacer un resumen propio. Apuntar en una hoja aquéllos conceptos que no hayan quedado claros. Actividad 2. Preparar el examen: Estudiar el Tema. Apuntar en una hoja aquéllos problemas que no se hayan podido resolver para consultarlos en la tutoría. 44/44