osciloscopio digital3987825

8/15/2019 osciloscopio digital3987825

http://slidepdf.com/reader/full/osciloscopio-digital3987825 1/46

Medidas Electrónicas II

Osciloscopio Digital

DSO (Digital Storage Oscilloscope)

UTN FRBAMedidas Electrónicas II

Rev.5 – 30/10/2012



Características adicionales a los Osciloscopios analógicos


• Memoria para almacenar las capturas• Persistencia de la pantalla configurable• Mediciones incorporadas

!alor "fica#!alor Medio

!alor Pico $recuencia Per%odo&nc'o de Pulso (iempo de )recimiento *Rise (ime+

(iempo de ,ecrecimiento *$all (ime+

• )one-in a P) para descarga anlisis de datos ffine• Mediciones con !entana *doble .(.+ similar a a4uellas 4ue permite la

.(. demorada de los analgicos



Características adicionales a los Osciloscopios analógicos


• !isuali#acin de la seal antes despu6s del disparo *Pre/Pos ,isparo+• )ursores en pantalla para tomar medidas de (iempo &mplitud• peraciones matemticas

7uma

Resta

Multiplicacin

$$( $unciones estad%sticas

7cripts de engua8es de alto nivel *M&(&+

• ,isparos adicionales9

Por &nc'o de pulso: comparndolo con un valor igual: distinto: maor o menor 4ue un

valor seleccionado

7eales de captura de video *;(7): P&: <,(!+

!entanas de (ensin *cuando la seal est dentro del rango especificado+

)ombinacin de condiciones lgicas 8unto a condiciones de umbrales de tensin



Diagramas Funcionales


;tese la ar4uitectura serie: por la cual los datos productos de la ad4uisicin

pasan a trav6s del microprocesador: generando un cuello de botella en los tiempos

de refresco del displa.



Diagramas Funcionales




Especificaciones Fundamentales


•7ample Rate97am

ple Rate9 "specifica la m-ima velocidad de muestreo 4ue tiene el e4uipo: debe

considerarse ba8o 4ue condiciones se especifica si es 4ue no se da para todas las escalas

de tensin del e4uipo *!/div+. Para el (e= de la serie (,71000 es 1>7/s: para la serie

(,72000 es 2>7/s

•and?idt'9 ,a el anc'o de banda m-imo del e4uipo ba8o condiciones espec%ficas:

con un sistema de medicin compuesto por dic'o e4uipo alguna punta recomendada

por el fabricante para el mismo. Para la serie (e= (,71000/2000 va de @0M<# 'asta

los 200M<#

•Record engt'9 )antidad de muestras 4ue son almacenadas en la memoria del e4uipodurante cada captura *un barrido+. (%picamente al usar las .(. ms rpidas: la cantidad

comien#a a disminuir.

•&c4uisition Rate9 )antidad de formas de onda capturas por segundo. $undamental

para deteccin de transitorios: t%picamente se ve deteriorada si se 'ace uso de lasfunciones de mediciones en cada ad4uisicin. Para la serie (e= (,71000/2000 su valor



Fundamentos: Teoría de Muestreo


• ,ada una seal limitada en frecuencia 'asta una f ma-: la

frecuencia de muestro f s debe ser maor 4ue dos veces f ma- para 4ue

a partir de las muestras pueda reconstruirse posteriormente la seal

original sin efecto de &lias *(eorema de ;4uist+.

• )uando no cumple con este re4uisito aparece el efecto de &lias



BW del Osciloscopio y Frecuencia de muestreo


• a seal muestreada resultante: presenta una repeticin del

espectro original espaciados por f s• & medida 4ue aumenta f s: la repeticin del espectro de la seal

original se distancia cada ve# ms facilitando el filtrado del espectro

4ue 4ueda en el origen para recuperar la seal de origen

Respuesta en frecuenia de un filtro ideal pasa ba8os *ric=Ball filter+





• amentablemente no e-iste posibilidad alguna de fabricar un filtro ideal como

el mostrado anteriormente.• (odos los filtros reales tal como el mostrado a continuacin poseen una

frecuencia de corte *por convencin 3d+: 4ue no impide el pasa8e *aun4ue

atenuado+ de las frecuencias superiores a f ma- 4ue causan el &lias





• &umentar la frecuencia de muestreo mu por encima del B especificado:

disminue el efecto del &lias permite filtros con respuesta >aussiana *muc'o

menos e-igentes

imitando el B del osciloscopio a fs/C reduce el efecto del &lias





• (odas las componentes 4ue sobrepasen la f ; del grfico: aparecen comocomponentes de alta frecuencia en un espectro 4ue resulta de DdoblarE todas

las frecuencias indicadas en ro8o como se indica en punteado. "sto para seales

digitales de alta velocidad implica una deformacin de los flancos sus respectivos

tiempos

"fecto de DdobladoE

"sta #ona del espectro

tiene componentes

producto del &lias 4ue

puede deforman los

flancos seales digitalesde alta velocidad





• a siguiente imagen muestra el efecto de &lias en los flancos de la seal: poniendo en evidencia el efecto mencionado anteriormente

sciloscopio e)ro: B de 500M<# muestreando a 1>7a/s

*&pp.;ote.&gilent+





• )uando no se respeta el (eorema de ;4uist: pueden darse mediciones 4ueaun4ue pare#can correctas no lo son. "n los siguientes 2 grficos puede verse la

misma seal senoidal de unos 10M<# muestreada sin cumplir cumpliendo con la

condicin impuesta por ;4uist. 7e aprecia 4ue cuando no se cumple con dic'a

condicin puede tenerse una indicacin estable en pantalla pero 4ue no refle8a la

realidad: induciendo al operador a cometer un error grosero.

7eal mal muestreada. Fndicacin G:HAI<# 7eal bien muestreda. Fndicacin 10M<#





• )uando la respuesta en frecuencia del filtro es de m-ima planicidad: a4uellascomponentes 4ue se encuentran ms all de la frecuencia de corte 4ue aportan

tambi6n a me8orar el Rise(ime del e4uipo se ven rpidamente atenuadas:

empeorando as% el Rise(ime frente a un e4uipo con respuesta >aussiana• 7i el fabricante no indica lo contrario: puede apro-imarse como9

tr J 0:35/B *Respuesta >aussiana+ tr J 0:C/B *Respuesta Ma-.Planicidad+

sciloscopio con respuesta en frecuencia >aussianasciloscopio con respuesta en frecuencia de

ma-ima planicidad *ma-imallflat+





• Para disminuir el efecto del &lias: algunos osciloscopios poseen limitacin del

B mediante filtros seleccionables

• "n osciloscopios de alta gama puede 'aber die#o o ms de filtros posibles

• "n el caso del (,71000/2000 de (e=: slo tiene un filtro 'asta 20M<#

"8emplo de limitacin del B de la serie ,G000 de sciloscopios Ko=oga?a



Error en la medición de amplitud


• Por definicin: el B del osciloscopio se da donde la seal a medir cae 3 d respecto a

su valor real. "n este punto se tiene un error cercano al 2G:3L• os fabricantes generalmente slo mencionan la e-actitud en ,) poco o nada

mencionan a mediciones para &). )onsiderndose como peor caso el 2G:3L indicado para

la

frec. de corte.

• Puede verse 4ue generalmente la respuesta en frecuencia de los osciloscopios es

bastante plana muc'o me8or 4ue 3d: pero por distintos problemas de no es conveniente para los

fabricacin asegurar estos valores.

• ,e la grfica anterior puede deducirse la ra#n de la regla del pulgar 4ue indica 4ue para

reali#ar una medicin con una e-actitud del orden del 3L debe ser el B del osciloscopio de

3 a 5 veces maor 4ue el de la seal a medir

"-actitud en la medicin de amplitud vs. $rec *;ormali#ada por B+





• )omo se muestra en la tabla comparativa de especificaciones 4ue figura a

continuacin: ninguno de los fabricantes 'ace mencin respecto a la e-actitud para

mediciones en &).• Fncluso normalmente la especificacin es confusa: como en el caso de $lu=e

donde la e-actitud est en el orden del 1:5L del valor le%do considerado la

especificin 'asta el B: cuando por definicin en el B es de 2G:HL. na

posible alternativa ser%a 4ue el B indicado no sea el real sea mu conservativo:lo cual es poco comNn. Podr%a concluirse 4ue slo se aplica para ,)

"specificaciones de 5 osciloscopios distintos





• Puede reali#arse un barrido de frecuencias: para obtener la respuesta en

frecuencia del e4uipo: as% visuali#ar su planicidad.• )omo se muestra en las imgenes siguientes proporcionadas por &gilent: su

e4uipo tiene un B 4ue es en e-ceso me8or 4ue los 3d t%picos.• )omo contrapartida: el otro e4uipo muestra una falta de planicidad notable:

aun4ue esto no invalida 4ue cumpla con los 3d especificados

Barrido para ver la respuesta en frec. del equipo Agilent’s MSO7104A (BW de 1!"#$ Barrido para ver la respuesta en frec. de un equipono espec%ficado de BW de 1&' !"#



Cantidad de muestras almacenadas


• (omando como caso de anlisis la serie (,71000/2000: la cantidad demuestras almacenadas es 2500

• "n las .(. ms lentas del e4uipo: se cumple 4ue se almacenan las 2500

muestras en un tiempo igual al a D10 div O $(E: es decir: por el tiempo 4ue se est

visuali#ando a pantalla completa. Por lo tanto9

• Por lo anterior adems se tiene 4ue9

• "n las .(. ms rpidas esta relacin a no se cumple dado 4ue la cantidad de

muestras 4ue se toma no alcan#a a llenar la memoria disponible.



Factor de BT! "ample #ate y $lias


• a siguiente tabla tomada del manual de la serie (,71000/2000: muestra unresumen de todo lo mencionado anteriormente

7amples

en 10 ,iv

250/500O a

1250/2500O

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

7amples

en 10 ,iv

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500

2500



Factor de BT! "ample #ate y #ecord %engt&




Factor de BT! "ample #ate y #ecord %engt&


• )uando el intervalo de ad4uisicin aumenta: la cantidad de muestras a igual frecuencia de muestro aumenta. 7i el Record engt' no alcan#a para almacenar

tantos puntos: debe ba8arse la frecuencia de muestreo: por lo tanto 'a menor

detalle de la seal a visuali#ar. Por lo tanto el Record engt' es un limitante.



Muestreo entrela'ado


• )uando se traba8a con &,)s intentando llevar su frecuencia cada ve# msall: se llega al l%mite tecnolgico 4ue momentneamente no permite avan#ar.• "n estas situaciones los fabricantes recurren a arreglos circuitales 4ue permitan

e-tender el alcance de los mismos: 'aci6ndolos traba8ar en con8unto de manera

entrela#ada como se muestra a continuacin.

• ,e esta manera puede e-tenderse la frecuencia de muestreo ms all de laslimitaciones individuales de un &,).



Muestreo entrela'ado


• "n e4uipos con varios canales: generalmente al traba8ar a su m-ima frec. 7lo puede medirse con 1 canal: dado 4ue el &,) del otro canal est traba8ando de

manera entrela#ada para lograr dic'a frecuencia de muestreo• a conversin entrela#ada es mu sensible a problemas de fase entre los

distintos &,)s. )ual4uier imperfeccin se ver como una reconstruccin

distorsionada de la seal original

,iagrama de tiempos mostrando un entrela#ado con

problemas de fase *muestreo no e4uiespaciado+

,iagrama de tiempos 4ue muestra la reconstruccin

distorsionada interpolando mediante 7in*-+/- : por problemas de fase en el muestreo entrela#ado



Interpolación


• "l filtro pasa ba8o ideal es a4uel 4ue sirve para recuperar el espectro de banda base de la seal muestreada *a4uel 4ue va de ,) a fs/2+ as% recuperar la seal

original.• Por su carcter no causal del filtro: dado 4ue en el dominio del tiempo tiene la

forma sin*-+/-: este filtro slo puede reali#arse en postprocesamiento. &un4ue esto

impli4ue una actuali#acin retardada no en tiempo real: el operador no lo nota.

Reconstruccin de una seal en tiempo continuousando interpolacin ideal

Reconstruccin de una seal en

tiempo continuo usando interpolacinideal e Fnterpolacin ineal con Retardo



(elocidad de refresco del Display


• Pese a alcan#ar con 20 actuali#aciones por segundo para 4ue el operador DveaEel e4uipo DvivoE: la cantidad de capturas por segundo est directamente vinculada

con la capacidad del e4uipo para visuali#ar transitorios o espurios• Para visuali#ar este tipo de transitorios se recurre a otro tipo de ar4uitectura:

dado 4ue el procesamiento serie del ,7 presenta un cuello de botella. 7e utili#a

una ar4uitectura paralela 4ue es la 4ue presentan los e4uipos 4ue se denominan,P *,igital P'osp'or scilloscope+



Modos de $d)uisición * Modo Muestreo


• "n este modo la seal es muestreada a intervalos regulares de tiempo: dado porel per%odo de muestreo 4ue sur8a de la .(.• "s el modo 4ue tiene maor e-actitud normalmente• Puede presentar &lias si no se respeta la frec. M-ima• ;o es capa# de capturar pulsos estrec'os 4ue puedan ocurrir entre las muestras

sucesivas: debiendo recurrirse en tal caso al modo D,eteccin de PicosE• )uando la .(. es mu alta la cantidad de muestras no completa la memoria

disponible: se recurre a la interpolacin para completar las 2500 muestras.



Modos de $d)uisición * Modo Detección de +icos


• "n este modo de ad4uisicin: el ,7 busca el valor m%nimo m-imo en cada

per%odo de ad4uisicin• ,e esta forma pueden detectarse picos 4ue ocurren durante el per%odo de

ad4uisicin: 4ue en el caso de la serie (,72000 *2>7a/s+ llegan a ser tan angostos

como 10ns. ;otar 4ue este tiempo es muc'o maor 4ue 2O(s: 4ue es lo 4ue se

podr%a llegar a tardar para encontrar los 3 puntos 4ue definen el glitc'. "sto se debe

al tiempo de procesamiento necesario para determinar si es el m-imo o el m%nimo.Por lo tanto se deduce 4ue en este modo no muestrea a la fs m-ima• "n las .(. ms rpidas esta funcin se des'abilita de manera automtica



Modos de $d)uisición * Modo +romediado


• "n este modo de ad4uisicin: el ,7 toma sucesivas capturas en el modo demuestreo anteriormente mencionado

• uego se reali#a el promediado de las mismas: se muestra el resultado• "s de suma utilidad cuando se tiene seales con ruido aleatorio. a8o estas

circunstancias el mismo se ve disminuido notablemente: permitiendo ver con

claridad la seal de interes.

7eal en modo ,eteccin de Picos 7eal en modo Promediado



Funciones de (entana ,simil BT Demorada-


• &s% como los osciloscopios analgicos lograban ver detalles mediante laimplementacin de una segunda .(: 4ue se llam .(. demorada: los ,7

incorporan una funcionalidad similar llamada D!entanaE

• 7e define mediante cursores en pantalla una #ona sobre la cual se desea

obtener una ampliacin para ver un detalla

• "l anc'o de la ventana define la .(. a usar en la misma *.(. rpida+ : aun4ue

en los ,7 nunca se menciona esta segunda .(

• na ve# 4ue el procesador detecta el disparo: espera 'asta 4ue se llegue almomento indicado por el inicio de la ventana para comen#ar la captura de la seal.

• uego utili#ando la .(.rpida se muestrea la seal para posteriormente

mostrarse en pantalla.



Funciones de (entana ,simil BT Demorada-


• "l siguiente e8emplo muestra una seal compuesta de video: 4ue posee un

detalla 4ue necesita ampliarse• "n este caso particular se ampl%an los pulsos de burst 4ue proveen al e4uipo

receptor de una seal de referencia en fase para seal de crominancia• 7e selecciona la ventana sobre la .(. principal• &mpl%ese luego la ventana 'asta cubrir la #ona del detalle de inter6s.

• Psese a la funcin para ampliar la ventana

7eal de video compuesto 7eal de video compuesto

!entana



Funciones de Disparo especiales+re y +os Disparo


• os osciloscopios digitales poseen la gran venta8a de permitir capturar la sealincluso antes 4ue se produ#ca el disparo: reali#ando un muestreo permanente

previa

a la deteccin de la condicin de disparo.

• "sta caracter%stica distintiva permite ver la seal a visuali#ar incluso antes 4uedispare *Pre,isparo+: dando la posibilidad de encontrar mediante mNltiples

canales

incluso la causa del disparo.

•(ambi6n puede visuali#arse la seal muc'o despu6s del disparo: generando lo4ue se denomina Pos,isparo. "ste caso no de8a de ser una simplificacin de la

funcin de ventana: donde se toma un offset de tiempo a partir del disparo pero

luego la .( no se modifica.

• Puede configurarse el e4uipo para traba8ar en cual4uier punto intermedio:

siendo por e8emplo un caso t%pico la ubicacin del punto de disparo en el centro de



Funciones de Disparo especiales+re y +os Disparo


• a funcin de Pre Pos disparo: se implementa mediante una cola circular enla cual se acumulan las muestras en forma permanete.• na ve# 4ue se detecta el punto de disparo: los datos acumulado 'asta el

momento corresponden a lo 4ue se toma como Pre,isparo.• Posteriormente se tomarn muestras 'asta completar lo 4ue 4ueda del buffer

segNn sea el porcenta8e asignado para Pre Pos ,isparo



Funciones de Disparo especialesDisparo por anc&o de pulso


• os osciloscopios digitales entre muc'os otros tipos de disparo nuevo: permiten disparar ba8o condiciones de anc'o de pulso. "sta es una caracter%stica

mu interesante al traba8ar con seales digitales 4ue deban a8ustarse a un control de

tiempos estricto.



Funciones de Disparo especialesTiempo de #etención


• )omo algunos osciloscopios analgicos avan#ados: los osciloscopios digitales

poseen la caracter%stica de brindar un tiempo de retencin *<oldoff+ a8ustable

• "ste tiempo de retencin facilita el disparo de seales comple8as 4ue re4uieran

in'ibir el disparo por un tiempo como se muestra a continuacin.



Medición de "e.ales Digitales


• Para tener una visuali#acin ra#onable de la seal 4ue se desea medir: pero no

apta para reali#ar mediciones por su escasa e-actitud: deber%an al menos verse

la seal fundamental los primeros armnicos *(%picamente 'asta el 5to+.

• Para cumplir con ello se utili#a la siguiente regla del pulgar *rule of t'umb+

• Pero esta regla nos permite tener una idea global de la seal: pero no es lo

suficientemente estricta como para 4ue la seal sea una fiel reproduccin de larealidad.

• a realidad es 4ue las componentes de alta frecuencia de la seal son a4uellas

4ue definen la rapide# de sus flancos: es por ello 4ue son 6stos los 4ue deben

anali#arse para conseguirse una estimacin del B del osciloscopio





• ,ebe obtenerse una estimacin de la m-ima frecuencia presente en la seal• )omo punto de partida debe encontrarse el flanco de maor pendiente• uego se utili#a la frecuencia de rodilla de la forma indicada en el paso 2: para

obtener una estimacin de la frecuencia m-ima

UTN FRBA





• $recuencia de Rodilla9 se denomina as% a la frecuencia donde el espectro de

una seal cuadrada de8a de caer a 20d/dec para 'acerlo muc'o ms abruptamente."n dic'o valor: se produce una atenuacin de @.Ad por deba8o de la recta 4ue

acompaa la ca%da de 20d/dec. ;tese 4ue f Q=nee no es funcin de la frec. del

cloc=

sino de los flancos. 7e considera 4ue toda la energ%a de la seal llega 'asta f Q=nee

,r. <o?ard B.o'nson

D<ig'speed ,igital ,esign – &

<andboo= of lac= Magic.E



UTN FRBA





Respuesta en frecuencia de 2

osciloscopios de B J 1><# con

distinto tipo de amplificador

vertical

os dos factores 4ue interesan

fundamentalmente de las

transferencias son la planicidad el contenido de &lias

Respuesta a un escalon mu

rpido de 2 osciloscopios de

B J 1><# con distinto tipo de

amplificador vertical

UTN FRBA





"nsao sobre 2 ,7 de 1><#: con un

generador con trJH00ps.

"l ,7 con respuesta Plana tiene un

3L de error

"l ,7 con respuesta >aussiana tiene

un GL de error

)ontinuando con el ensao: para

mediciones de buen e-actitud *menos

al 15L de error+: el ,7 de respuesta

Plana mide me8or para igual B delos ,7. &un4ue pare#ca no intuitivo

por tener peor ts el ,7 de respuesta

Plana: si la seal a medir entra

completamente dentro de su B lo

'ace me8or por no sufrir gran

atenuacin en la banda de interes.

UTN FRBA





• )omo resumen se muestra la siguiente tabla: no perderse de vista 4ue debe con la

incorporacin de los ,7 la aparicin de los amplificadores de respuesta Plana: elabanico de posibilidades las consideraciones a tener en cuanta al momento de 'acer la

medicin aumenta considerablemente9

UTN FRBA



Diagrama O/o ,Eye Diagram-


• "s una t6cnica para caracteri#ar seales digitales de alta velocidad

• &porta informacin sobre 7;R: itter *aleatorio deterministico+: permiteobtener una idea clara de la calidad de de seal 4ue se tiene• "s una t6cnica simple econmica 4ue en general slo re4uiere de un generador

de pulsos con salida de datos pseudoaleatoria cloc=: ms un osciloscopio digital• "s importante la persistencia del osciloscopio: de poseer: reali#ar clculos

estad%sticos sobre las mediciones del diagrama

UTN FRBA





UTN FRBA





• os osciloscopios de gamma media alta: e incluso los ms modernos de la

gamma econmica: incluen las plantillas de validacin 4ue e-igen algunascertificaciones• Muc'os standard incluen este tipo de ensaos *7: <,MF: 7;"(: etc+

UTN FRBA



Osciloscopios de $lta gama


• 7on verdaderas computadoras: con una etapa analgica de entrada de B un

procesamiento digital e-traordinarios. (ienen 'asta 7istema perativo similares

cone-iones de "/7

Documents

osciloscopio digital3987825