Osciloscopios

INFORMACIÓN QUE DEBERIAS CONOCER PARA ESCOGER UN OSCILOSCOPIO

Al elegir un osciloscopio hay muchas consideraciones a tener en cuenta al seleccionar el instrumento para adaptarse a su aplicación.

A continuación se analizan los principales parámetros a tener que hay que tener en cuenta para seleccionar correctamente un osciloscopio.

CRITERIOS DE SELECCIÓN

1. Ancho de banda

El ancho de banda describe la gama de frecuencias de señal de entrada que puede con una mínima pérdida de amplitud. El ancho de banda se especifica como la frecuencia a la que una señal de entrada sinusoidal es atenuada a 70,7 por ciento de su amplitud original, también conocido como el punto de -3 dB.

En general, se recomienda utilizar un ADC con ancho de banda de al menos dos veces el componente de frecuencia más alta de la señal.

Los osciloscopios y ADC se utilizan comúnmente para medir el tiempo de subida de las señales como impulsos digitales u otras señales con bordes afilados. Estas señales se componen de contenido de alta frecuencia. Para capturar la verdadera forma de la señal, se necesita un digitalizador de alto ancho de banda. Por ejemplo, una onda cuadrada de 10 MHz se compone de una onda sinusoidal 10 MHz y un número infinito de sus armónicos. Para capturar la verdadera forma de esta señal, deberia utilizar un ADC con ancho de banda lo suficientemente grande como para capturar varios de estos armónicos. De lo contrario, la señal se distorsiona y sus medidas incorrectas.
 
Como regla general, utilice la siguiente fórmula para calcular el ancho de banda de la señal en función de su tiempo de subida (que se define como el tiempo necesario para la transición de 10 a 90 por ciento de la amplitud de la señal). 

2. Tasa de muestreo

En la sección anterior, se describe la importancia del ancho de banda, que es una de las especificaciones más importantes de un osciloscopio. Sin embargo, un gran ancho de banda puede ser mucho menos útil si la frecuencia de muestreo es insuficiente.

Mientras que el ancho de banda describe la onda sinusoidal de frecuencia más alta que se pueden digitalizar con una atenuación mínima, frecuencia de muestreo es simplemente la velocidad a la que el convertidor analógico a digital (ADC) en el digitalizador o un osciloscopio se registró para digitalizar la señal entrante. Tenga en cuenta que la velocidad de muestreo y ancho de banda no están directamente relacionados. Sin embargo, hay una regla de oro para la relación deseada entre estas dos especificaciones importantes:
 
Frecuencia de muestreo en tiempo real de digitalizador = ancho de banda de 3 a 4 veces del digitalizador
 
Según el teorema de Nyquist que para evitar el aliasing, la frecuencia de muestreo de un conversor digital (ADC) tiene que ser por lo menos el doble de rápido que se mide el componente de frecuencia más alta de la señal. Sin embargo, la toma de muestras en apenas dos veces el componente de alta frecuencia no es suficiente para reproducir con precisión las señales de dominio de tiempo. Para digitalizar con precisión la señal de entrada, frecuencia de muestreo en tiempo real del digitalizador debe ser por lo menos de tres a cuatro veces el ancho de banda del digitalizador. Para entender por qué, mira la figura de abajo y pensar en qué señal digitalizada que preferiría ver en su osciloscopio. 

3. Modo de muestreo

Hay dos modos de muestreo principales, de muestreo en tiempo real y de muestreo en tiempo equivalente (ETS).

Frecuencia de muestreo en tiempo real es la que se describió anteriormente, que describe la velocidad de reloj del ADC y se indica la velocidad máxima de una señal de entrada se puede adquirir en una adquisición de disparo único. Por otra parte, el muestreo de tiempo equivalente es un método de reconstrucción de una señal basada en una serie de formas de onda disparada que son cada adquiridos en el modo de un solo disparo. La ventaja de ETS es que ofrece una frecuencia de muestreo superior eficaz. La desventaja, sin embargo, es que se necesita más tiempo y es aplicable sólo para señales repetitivas. Tenga en cuenta que el ETS no aumenta el ancho de banda analógico del digitalizador, y en su lugar sólo es útil cuando se necesita para reconstruir la señal a una frecuencia de muestreo superior.

4. Resolución y rango dinamico

Como se describió anteriormente, los osciloscopios digitales tienen ADCs que convierten la señal de analógica a digital. El número de bits que devuelve el ADC es la resolución del digitalizador. Para cualquier rango de entrada dado, el número de posibles niveles discretos que se utilizan para representar la señal digital es 2b, donde b es la resolución del digitalizador. El intervalo de entrada se divide en pasos 2b y la más pequeña tensión posible que es detectable por el digitalizador se denota por (Rango/2b de entrada). Por ejemplo, un digitalizador de 8 bits divide un rango de entrada 10 Vpp en 28 = 256 niveles de 39 mV cada uno, mientras que un 24 bits digitalizador divide el mismo rango de entrada 10 Vpp en 224 = 16.777.216 niveles de 596 nV (aproximadamente 65.000 veces más pequeños que en el caso de 8 bits).

Una de las razones para utilizar un ADC de alta resolución es medir señales pequeñas. ¿por qué entonces no utilizar un instrumento de resolución más baja y un rango menor para "acercarse" a la señal para medir pequeños voltajes? Muchas señales tienen tanto una señal pequeña y un componente de gran señal. Utilizando una amplia gama, que podría medir la señal grande, pero la pequeña señal estaría contenida en el ruido de la señal grande. Por otra parte, si se utiliza un pequeño rango, entonces la captura de la señal grande y su medida se vería distorsionado y no seria válido. Por lo tanto, para aplicaciones que involucren señales dinámicas (señales con componentes grandes y pequeños de tensión), se necesita un instrumento de alta resolución, que cuenta con un amplio rango dinámico (la capacidad del digitalizador para medir señales pequeñas en presencia de las más grandes).

5. Disparo

Típicamente, los osciloscopios se utilizan para adquirir una señal basada en un determinado evento. La capacidad de disparo del instrumento permite aislar este evento y capturar la señal antes y después del evento.

 Los oscilocopios de alta gama cuentan con rearme rápidos tiempos entre disparos, lo que permite un modo de captura de varios registros, en el que el digitalizador captura el número de puntos en un determinado disparador, rearma y espera a que el siguiente disparo rápido. Un tiempo de rearme rápido asegura que el digitalizador no se pierda el evento o gatillo. Modo multi-registro es muy útil para capturar y almacenar sólo los datos que necesita, optimizando así el uso de la memoria interna, así como la limitación de la actividad del bus del PC. 

6. Memoria

Muchas veces, los datos se transfieren desde el osciloscopio al ordenador para mediciones y análisis. Aunque estos instrumentos pueden muestrear a su tasa máxima, que puede estar en la gama GS / s varios, la tasa de que los datos pueden ser transferidos al PC está limitada por el ancho de banda de la conexión de bus.
Si el bus de interfaz no puede soportar la transferencia de datos continua en la frecuencia de muestreo de la adquisición, la memoria integrada en el instrumento ofrece la posibilidad de adquirir las señales a la velocidad máxima y luego recuperar los datos al PC para su procesamiento.
 
La profundidad de memoria no sólo aumenta el tiempo de adquisición, sino que también proporciona beneficios de dominio de frecuencia. La medición dominio de la frecuencia más común es la transformada rápida de Fourier (FFT), que muestra el contenido de frecuencia de una señal. Si una FFT tiene una resolución de frecuencia más fina, frecuencias discretas se detectan más fácilmente.
 

7. Numero de canales

Un factor importante en la decisión de compra osciloscopio es el número de canales del instrumento o la posibilidad de agregar canales mediante la sincronización de múltiples instrumentos. La mayoría de los osciloscopios suelen tener de dos a cuatro canales, cada uno muestreado simultáneamente a una velocidad determinada.

El número de canales requeridos depende totalmente de su aplicación particular.

8. Según su aplicación

Por ultimo hay que tener en cuenta el uso al que va a ir destinado el osciloscopio, si el uso principal va a ser sobre un banco de trabajo la portabilidad no es excesivamente importante, pero si puede ser necesario desplazarse con el equipo al lugar de trabajo es un factor a tener en cuenta y deberíamos plantearnos seleccionar un equipo de mano o USB que nos permite usarlo junto con un ordenador portátil ahorrando en peso y disminuyendo el numero de herramientas de medición que debemos llevar con nosotros.

Por otra parte si su uso principal va a ser en ambientes hostiles o propensos a golpes deberíamos tenerle en cuenta para no adquirir un equipo demasiado delicado o quizás no adquirir uno muy costoso a la hora de reemplazarlo.

Esto son los principales parámetros a tener en cuenta pero por supuesto cada caso es diferente y puede haber mas criterios a tener en cuenta.