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8/15/2019 Unidad 1_OSCILOSCOPIOS DE ALMACENAMIENTO DIGITAL.doc

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U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 1

Osciloscopios de Almacenamiento Digital

Descripción General

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señaleseléctricas variables en el tiempo. El ee vertical! representa el voltae! mientras que el ee "orizontal!representa el tiempo. Están entre los instrumentos más versátiles que e#isten $ lo utilizan desde técnicos de reparaciónde televisores a médicos. %n osciloscopio funciona principalmente con tensión! sin embargo! nos

permite medir un gran n&mero de fenómenos! utilizando el transductor apropiado! siendo capaz as' dedarnos el valor de una presión! ritmo cardiaco! potencia de sonido! nivel de vibraciones en un coc"e!etc. (os osciloscopios pueden ser analógicos digitales o "'bridos! los primeros trabaan directamentecon la señal aplicada que una vez amplificada desv'a un "az de electrones en sentido vertical

proporcional a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor

)A*D+ para almacenar digitalmente la señal de entrada! reconstru$éndola posteriormente en la pantalla. ,or &ltimo están los "'bridos que combinan los dos principios de funcionamiento paraobtener las meores cualidades de ambos permitiéndonos ver transitorios! almacenar información! etc.

Ancho de banda (BW): Es el que especifica el rango de frecuencias en las que el instrumento puede medir con precisión. En general! el anc"o de banda se calcula desde -z )continua+"asta la frecuencia a la cual una señal de tipo sinusoidal se visualiza a un /-./0 del valor aplicado a la entrada )lo que corresponde a una atenuación de d2+.

Tiempo de subida (tr): El tr equivale al tiempo entre el 1-0 $ 3-0 del tiempo total de subidade un pulso. Es otro parámetro que nos dará! unto con el anterior! la má#ima frecuencia deutilización del osciloscopio. Este es mu$ importante! si se desea medir con fiabilidad pulsos $flancos debido a que las señales poseen transiciones entre niveles de tensión mu$ rápidas $ unosciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempo de subida más rápidos que el su$o. E#isteuna ecuación que relaciona en BW $ el tr 4




Introdcción

El OAD )D6O en inglés+ es un instrumento destinado a capturar! visualizar $ medir! formas deonda de tensión. 6u técnica de funcionamiento difiere de los osciloscopios comunes puesto queutiliza el muestreo de las señales bao prueba! $ mediante la aplicación de conversores

analógico*digitales )AD78s+ unto con memorias digitales de alta velocidad! digitaliza $ almacenauna o más señales para su posterior procesamiento. Esto permite e#pandir las posibilidades del instrumento por encima de las prestaciones de lososciloscopios convencionales )sin almacenamiento+ restringidos generalmente a señales repetitivas o

periódicas. De este modo pueden analizarse señales de disparo &nico! eventos transitorios! $ señalesde conformación complea. Debido a que las formas de onda se almacenan en una memoria digital pueden realizarse sobre lasmismas diferentes tipos de procesamiento! tales como comparación! convolución! operacionesmatemáticas! transformaciones! etc. Asimismo se ven potenciadas las caracter'sticas de repetitividad! precisión $ estabilidad de lasmediciones. Aparecen en consecuencia! sobre el OAD! nuevas especificaciones respecto de las conocidas! talescomo velocidad de muestreo, resolución, longitud de registro, canales de entrada, posibilidades de

disparo, programabilidad, interfaces, etc.

Diagrama en !lo"es

AD9%:6:7:; <

,A <=A((A

7ontrol deAcceso a>emoria)D>A+

7onversorAnalógico?Digital

>uestreo $ @etención

,@E A>,

Atenuador Adaptador :mpedancia

7ontrol offset programable

2asede

=iempo

Disparo$

6incronismo

=ensión de@eferencia

,rogramable

7onversor digital ? analógico deautocalibración

,rocesador de 7ontrol

[email protected].

7onversor digi tal analógico

7ontrol de,anel

@6 55 ? @6B55

:EEE BCC

,lotter :mpresora

%62

A>,.O@.

A>,.E@.

E=.

E=.

E<=@ADA

7A<A(F 1

>E>O@:A

Gigura 1. Diagrama en bloques de un AOD con un sólo 7 de entrada



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital

(a figura 1 presenta un diagrama en bloques simplificado de un OAD con un &nico canal deentrada! donde pueden distinguirse cuatro regiones4

a+ %na etapa de adquisición de los datos! donde se realizan los procesos de muestreo!conversión $ almacenamiento de la señales!

b+ %na etapa de sincronismo y base de tiempo! donde se regula la cadencia de eventos en

función del tiempo! generándose las señales necesarias para las etapas restantes.c+ %na etapa de presentación de datos! la cual brinda al usuario distintas maneras de relevar las

mediciones! $d+ %na etapa de control e interfaces! que comunica al instrumento con su entorno.

Etapa de ad"isición de datos

=iene por obeto la conversión de las señales analógicas de entrada a palabras digitales! factiblesde ser almacenadas en la memoria del instrumento. Esta conversión se realiza en sucesivas etapasesquematizadas en la figura 54

)t+

t- t1 t5 . . . .. . . . . . . . tH

= I ,er'odo de >uestreo

Figra #. a

)H+

)Ht+

H=- t1 t5 . . . .. . . . . . . . tH

@etención

Figra #. !

)Ht+

H - t1 t5 . . . .. . . . . . . . tH

7uantificación $ 7odificación

Figra #. c

111

11-1-11---11-1---1---



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital B

• Mestro de la $e%al Analógica

7onsiste en la captura de valores instantáneos de la señal a intervalos regulares de tiempo de período T ! asociándose de esta manera un &nico valor de tensión H al instante de tiempo tH ! o de lamisma manera! al Hésimo intervalo de tiempo tH I H . = ) figura 2.a).

De este modo para una función continua )t+ se obtiene una función discreta

V&'t( ) V '&T( para H I 1! 5! ! J

6u equivalente anal'tica se obtiene multiplicando la señal analógica por un tren de impulsos. Esto visto en el dominio de la frecuencia corresponde a la convolución de sus espectros defrecuencia! graficados en la figura .

Esta figura presenta el espectro de frecuencia de la señal v)t+! destacándose la má#imacomponente de frecuencia Km presente en la señal. 7omo resultado de la convolución gráfica planteada con el tren de impulsos se obtiene larepetición periódica del espectro de la señal original. (a frecuencia de muestreo Ks representa la

distancia entre dos espectros ad$acentes. Esto concuerda con el teorema de !"uist, "ue establece "ue puede recuperarse la información

de la se#al muestreada filtrando el espectro resultante hasta una frecuencia m$%ima de corte &m.

'sto se cumple si la frecuencia de muestreo &s es ma!or o igual al doble de la m$%ima componente

de frecuencia &m.

6i la frecuencia de muestreo fuera inferior a dic"o l'mite! se solapar'an los espectros sucesivos! sin poder recuperarse la señal original. En la práctica la frecuencia de muestreo se "ace diez veces ma$or que la má#ima componente de frecuencia de señal! lo que determina el anc"o de banda deadquisición de datos! relacionado con señales no repetitivas. ,ara eventos periódicos se utiliza elmuestro repetitivo! que no cumple con las restricciones de <$quist por lo que la velocidad dedigitalización reviste menor importancia.

• $ample and *old

En la figura B se presenta un circuito que cumple la función de muestreador $ retenedor )6ampleand old+ de orden cero.@equerimientos m'nimos4

Amplificador A14 alta velocidad, buena cargabilidad de salida ! baa tensión de offset .

Amplificador operacional A54 alta impedancia de entrada ! bao nivel de ruido.

(as llaves de conmutación analógicas 61 $ 654 alta velocidad de transición ! una relación de

resistencia Ron /Roff >= 1.e20.

El capacitor 74 debe presentar una corriente de fuga mu! baa para no degradar las muestrastomadas de la señal.

Gigura

)K+

K Km - LKm LK

M)K+

K Ks - LKs LK

)K+N M)K+

K Km - LKm LK

N

Ks



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital

(a función el retenedor de orden cero4 consiste en mantener constante la señal a su salida "asta la pró#ima muestra adquirida! garantizando la estabilidad del valor a convertir por el AD7 ) figura 2.b).

Actualmente se alcanzan velocidades ma$ores a -- >samples*s para eventos no repetitivos conintervalos de muestreo entre 1-- $ -- ps.

• +anti,icación - +odi,icación

asta aqu' se "an obtenido un conunto de muestras de niveles cont'nuos tomadas en ciertosintervalos de tiempo. ,ara poder tratar estas magnitudes mediante lógica digital es necesariotransformarlas en un conunto de niveles discretos asociados al rango total de la señal analógica! este

proceso se denomina cuantificación (figura 2.c).

7uanto ma!or sea el n&mero de niveles de cuantificación! menor será el error de cuantificación producido por el redondeo de los valores reales $ en consecuencia ma!or será la resolución delinstrumento.. ,or &ltimo es necesaria una codificación! proceso llevado a cabo por un 7onversor Analógico*digital! en el que se asigna una &nica palabra de código digital a cada nivel decuantificación! generándose palabras de n bits susceptibles de ser almacenadas en la memoria digitaldel instrumento. Este proceso se realiza mediante un4

+onersor Analógico/Digital 'AD+(

6on de aplicación general $ presentan una gran variedad de velocidades! métodos de conversión!n&mero de bits de resolución! etc. 7on el obeto de alcanzarse velocidades de conversión comparables a las velocidades de muestreonecesarias se utilizan convertidores paralelos o flash. E#isten distintas configuraciones de convertidores flas". En la figura se presenta el esquematradicional del AD7 flas" formado de resistores de comparación de alta precisión $ 5n ?1comparadores de tensión donde n es el nmero de bits que el conversor puede resolver. (a entrada de señal se aplica simultáneamente a todos los comparadores $ cada uno toma unaseñal de referencia de la cadena divisora resistiva. ,or &ltimo se utiliza un circuito combinacional

para generar el código binario de n bits.

E#isten conversores de este tipo de B! C! $ 1- bits de resolución.

Gigura B

61 65A1A5

7i

s

L

L

H

s

6

=s

t

Ts ) $ 0 *

$ 1 ' 23 a 43 ( 5 Ts

i H =s

7



1

@eferencia positiva

5

@eferencia negativa

7O

D:G:7ADO@

5n ? 1 niveles

E<=@ADA 7O>,A@ADO@E6@

@

@

U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital P

6e planteoobviamente unasolución decompromiso entre la

resolución o n&merode bits delconversor $ lavelocidad deconversión! dadoque cuanto ma$or esel n&mero de bits!ma$or es el retardocombinacional en

producir el código binariocorrespondiente. As'

para obtener velocidadessuperiores sólo se

producen códigosde B bits.

A partir de ello! e#isten dos variantes para aumentar la resolución manteniendo el mismo orden develocidad4 el conversor flas" de doble rango ) fig P+ $ de simple rango )figura /+.

En el conversor de doble rango se utilizan dos conversores flas" de cuatro bits para producir unode oc"o bits agregando un conversor digital analógico )DA7+ $ un sumador analógico unto con unregistro de salida. Otra posible configuración es el flas" de simple rango! formado a partir de conversores flas" decuatro bits! alcanzando velocidades ma$ores. ='picamente las resoluciones de los osciloscopios actuales oscilan entre los P $ C bits parafrecuencias superiores a 1- >"z $ para frecuencias inferiores a 1- >"z se tienen resoluciones de 1-$ 15 bits.

Flas6 de do!le rango

ura

B 2its Glas" AD7

7onversorDigital Analógico

B 2its Glas" AD7

(atc"

@egister

0

E<=@ADA >62

(62

C 2its



AD7

U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital C

En este esquema se "an agregado las etapas de memorización de los valores $a convertidos en palabras digitales $ la posible e#pansión del n&mero de canales de entrada. Rste var'a seg&n elinstrumento en 1! 5! B! C! etc. Duplicándose los bloques de entrada $ conversión para cada uno deellos. Algunos digitalizadores de señales de mediana frecuencia inclu$en multiple#ores para laconmutación periódica de los canales muestreados )como en el esquema anterior+.

Almacenamiento de Datos

7omo resultado del muestreo $ conversión secuencial de la señal aplicada a cada canal de entradase obtiene un conunto de palabras digitales ordenadas en el tiempo de acuerdo con la velocidad demuestreo! $ este arreglo se almacena en la memoria de alta velocidad del sistema de adquisición dedatos.

='picamente esta memoria es de tecnolog'a E7( de alta velocidad de escritura! la cual estáorganizada en dos bancos! uno utilizado para el refresco de los datos adquiridos $ el segundo comomemoria de displa$. 7ada uno de estos bancos se divide a su vez en páginas asociadas a cada uno delos canales de entrada. El acceso de alta velocidad a la memoria se controla mediante un sistema D>A )Direct Access>emor$+ o acceso directo a memoria. 2ásicamente consiste en una unidad que presenta tres buses t'picos4 datos control y direcciones. El proceso de memorización se inicia al finalizar una conversión del AD7! enviándose la palabradigital al bus de datos! el control de acceso a memoria utiliza un registro de base para apuntar alcomienzo de la página de memoria correspondiente al canal dado. El registro indica la posicióndonde debe grabarse el dato $ el contador determina el espacio libre que queda en memoria. Esta estructura se presenta para cada uno de los canales! $ la programación de cada uno de ellos serealiza por intermedio de los registros de control $ estatus vinculados al microprocesador de controldel instrumento. Esta etapa se visualiza en la figura siguiente4

>%(=

:,(EO@

Atenuad.7anal F 1

Atenuad.7anal F 5

Atenuad.7anal F

6 * AD7

D

>A

,ág.

,ág. 5

,ág. 1

Direcciones de>emoria

Datos

@A> F 1

@A>

:DEO

@e . 2A6E

@e :<DE

@e .7O<=DO@

DE7OD:G:7ADO@

2%6 DED:@E77:O<

@A> F <

A2:(:=A7:O<




Algunas funciones propias de la etapa corresponden a la protección de zonas de memoria $congelamiento de SframesT )tramas+ de memoria para comparación o contrastación con señales a

adquirir posteriormente. %n esquema de funcionamiento semeante se aplica a la memoria de video! salvo una diferenciasustancial de velocidad! debido a que la presentación de los datos puede "acerse muc"o máslentamente que la adquisición de los mismos. Además la información transferida desde el banco deadquisición al de displa$ depende de la ventana de muestras seleccionadas por el usuario. El tamaño de la memoria de adquisición asociada a cada canal determina la longitud de registroque puede almacenar el instrumento para cada forma de onda. Este var'a entre 1 Ub! 5 Ub! B Ub! 1PUb! PB Ub! 5P Ub! etc. =ambién e#isten instrumentos de Smemoria profundaT con longitudes deregistro del orden de los >b.

Etapa de sincronismo - !ase de tiempos

(a etapa de sincronismo permite austar la captura de eventos seg&n entradas de relo e#ternas ointernas! adecuando as' el intervalo de muestreo óptimo para cada aplicación. 7on sincronismo interno pueden elegirse frecuencias de muestreo óptimas para la adquisición deformas de onda. ='picamente pueden adquirirse intervalos de muestreo desde 1 ns a 1-- ms * muestraen secuencias de 1! 5! . ,udiendo variarse continuamente con resolución de 1 ns por muestra. ,ara lograr variaciones continuas en intervalos de tiempo se utiliza un oscilador controlado por técnicas de enganc"e de fase para estabilidad de frecuencia $ divisores programables para alcanzar resoluciones temporales como las citadas. (a entrada de sincronismo e!terno puede utilizarse para sincronizar el muestreo con eventose#ternos. Estas entradas pueden programarse en pendiente! nivel o por variaciones aleatorias.

Actualmente las base de tiempo cuentas con un control adaptivo de velocidad de muestreo. 7onesta opción la e#ploración de la base de tiempos se inicia en frecuencias baas o medias seg&n elrango de la señal de entrada! conmutando a frecuencias elevadas de muestreo cuando se detectancomponentes de alta frecuencia en la señal! permitiendo a"orrar espacio de la memoria deadquisición. Otra posibilidad importante es la adquisición de e"entos con adelanto o atraso del instante dedisparo. Esto asegura la captura de información! adecuando el almacenamiento de muestras en relación conel evento de trigger. En la figura * se presentan los efectos de almacenamiento pre y post tri##er pudiendo disponersede la información previa al disparo "asta en un 1-- 0 de la capacidad de memoria $ pudiendo

retrasar el disparo de más de 1 >sample. Estas caracter'sticas permiten conocer las causas $ efectosde un determinado evento.

@e . 6=A=%6

@e . 7O<=@O(

>icroprocesador

2ase de=iempos

2%6 DE DA=O6

2%6 DE

7O<=@O(

Figra 7. @egistro de 7ontrol $ 6tatus vinculados al micro procesador

)t+

t,er'odos de >uestreo

Disparo de medición

<V total de muestrasalmacenadas

@etraso

$dquisición con retardo o post % tri##er

Figra 8. Efectos de almacenamiento pre $ post trigger

)t+

t,er'odos de >uestreo

Disparo de medición

<V de muestras almacenadas

>uestras enadelanto

$dquisición en adelanto o pre % tri##er



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 1-

,ara iniciar la adquisición de una señal e#isten cinco tipos de fuentes de disparo4

1. (a señal de entrada seg&n el nivel $ pendiente elegidos.

5. %na señal e#terna de sincronismo.. 7omando de inicio de ciclo mediante bus paralelo! %62! etc.B. 6eñal de disparo proveniente de otro canal.. 7ontrol manual.

$istema de presentación de datos - control

6eg&n se muestra en la figura + el control de las funciones del instrumento se realiza mediante unmicroprocesador unto con su entorno asociado4 interface de techado $ displa!! memorias A- !

- ! ''/- $ perif0ricos de comunicaciones. (as funciones del procesador de control son4

a+ &onitoreo de los subsistemas del instrumento4 corresponde a un programa de c"equeoautomático del funcionamiento de cada etapa del instrumento! el cual se eecuta alencenderse el mismo o por un comando local o remoto.

b+ 'alibración automática del instrumento4 (a estabilidad $ e#actitud del instrumento semantiene apro#imadamente constante mediante un sistema que corrige automáticamentelos errores de ganancia $ offset de los conversores $ amplificadores. Asegura que los

parámetros del instrumento coinciden con las especificaciones del mismo. En la figura 1 se presenta un DA7 de 15 bits de resolución que se utiliza tanto para la calibración e#terna o

en cone#ión interna al canal de entrada del instrumento! constitu$endo una fuente dee#citación patrón. En la cadena de entrada se inclu$e un control variable de offset reguladomediante un segundo DA7. 7uando el test cumple con los rangos especificados sememoriza su auste en memoria no volátil )EE,@O>+.

c+ Determinar la confi#uración en que se utilizará el instrumento! modo local o remoto!almacenamiento o tiempo real ! muestreo repetitivo o de disparo nico! etc.

d+ (nterface con el usuario4 permite establecer un diálogo $ programación interactiva con elusuario utilizando generalmente funciones de teclado espec'ficas o men&s reconfigurables

para el ingreso de comandos $ un dispositivo =@7 o @aster para presentación de datos.

e+ (nterface con perif)ricos4 el bus del microprocesador generalmente se conecta mediantealg&n protocolo con diversos sistemas de comunicaciones! de almacenamiento masivo! deregistro gráfico o red de computadoras.




Etapa de presentación de datos

6u funcionamiento es similar al de un osciloscopio convencional a e#cepción del sistema decontrol de video que genera las direcciones correspondientes a las posiciones de los datos en la

memoria! convirtiéndose éstos a valores analógicos mediante un DA7! el cual e#cita al amplificador vertical. 6imultáneamente $ en sincronismo con la conversión de los datos se genera la rampa de barrido"orizontal proporcional al tiempo.(a etapa de presentación de datos se esquematiza con ma$or detalle en la figura +1.

Debido a la memorización de los datos es posible combinar estas funciones para producir distintostipos de presentaciones4

• (a más elemental corresponde al modo de no almacenamiento* que convierte al osciloscopioen uno convencional.

• Dentro de los modos de almacenamiento se distinguen4o >odo de captura +nica donde la adquisición $ visualización se realiza mediante un

&nico disparo registrando muestras "asta saturar la capacidad de memoria.o >odo de captura contínua donde se actualiza la memoria $ el displa$ en cada

ocurrencia del trigger.

E#isten además tres modos de actualización de la memoria de pantalla4

1. &odo de Refresco* la captura de una señal actualiza completamente la información en pantalla.

5. &odo Roll o barrido )álido en captura continua+4 información de pantalla se desplaza dederec"a a izquierda asemeándose a un registrador continuo.

. &odo ,croll* El contenido de información en la pantalla se desplaza verticalmente por cada nueva adquisición! permitiendo comparar el registro anterior con el nuevo.

@A>de

ideo

Wenerador de 2arrido

2asede=iempos

7ontrolde

ideo

7onversorDigital

Analógico

[email protected].

A>,.E@=.

A>,.O@.

Datos

Direcciones

6$nc.

,resentación

Figra 23




(a información de cada canal puede presentarse en tra-o simple! doble tra-o )con selecciónautomática de modo alternado o choppeado! a partir de un l'mite de -!5 ms con frecuencias dec"oppeado de -- U"z+! suma! diferencia! in"ersión $ modo % )este suele estar reservado al modode no almacenamiento+. E#isten funciones especiales asociadas a cada canal que con#elan o bloquean stop lainformación correspondiente al mismo conservando las señales memorizadas para su posterior

comparación o procesamiento. (a ventana de presentación de señales en pantalla puede seleccionarse de manera versátil

pudiendo ampliarse -oom tanto vertical como "orizontalmente. Este efecto de e#pansión produceuna ma$or separación entre los puntos de las muestras por lo que se introducen interpoladoreslineales $ sinusoidales para otorgarle continuidad a las señales con resolución del orden de 1- X

para el factor de ampliación vertical $ de 1 ns para el de e#pansión temporal.

9ost procesamiento de se%ales

Debido a que una vez capturados! los datos se mantienen en memoria! es posible realizar conellos m&ltiples operaciones. Además de las funciones aritméticas $a vistas se agregan el producto $ di"isión de las señalesalmacenadas! correlación cru-ada! transformada de ourier $ espectro de frecuencias! filtrado dela se3al ! superposición! inte#ración! des"iación est4ndar ! media cuadr4tica! mediciones de

frecuencias! "alores pico! R&, ! medio! promediación! etc. A estos procesos se agrega la presencia de cursores "erticales $ hori-ontales que permitenidentificar puntos o instantes espec'ficos de la forma de onda $ presentar sus valores de tensión $tiempo en pantalla. Asociadas a cada cursor e#isten memorias de referencia que permitan efectuar medicionesabsolutas o relativas! variación de offset de medición! etc.

Estos cursores presentan resoluciones verticales de 1- a 1-- X $ de 1 a 1- n6 seg&n el rangoseleccionado.

Inter,ases

El instrumento presenta diferentes modos de interactuar con el entorno! lo que facilita suincorporación a un sistema de medición automática.

Algunas interfases t'picas son4

• (nterfase 56(7 8 (999 :;;* Esta norma de enlace paralelo permite que el instrumento sea

programado $ controlado desde un computador pudiendo registrarse de una maneraautomática los resultados de mediciones! ensa$os! identificaciones! etc..

• (nterfase serie R, 2<2 8 R, :224 7umple con las mismas caracter'sticas que la anterior sólo que corresponde a una norma de transmisión serie que alcanza velocidades inferioresque el bus paralelo pero permite acceder a ma$ores distancias.

• (nterfase a plotter o impresora4 Estas interfaces posibilitan mediante enlace serie o paralelo el registro $ documentación de formas de ondas almacenadas en sistemas degraficación vectoriales o matriciales.

• (nterfase ,74 ,ermite el registro de la información en un medio no volátil para su posterior comparación! procesamiento o arc"ivo. As' como también la comunicación con

una computadora.

Especi,icaciones t:picas




(as especificaciones de los fabricantes son sumamente variadas! destacándose las siguientes4

• isplay* =amaño! =@7 o @A6=E@! ,otencial de aceleración! <V de trazos! 7olor! etc.• efle!ión ?ertical* <V de canales! anc"o de banda analógico o repetitivo! anc"o de banda

de disparo &nico o muestreo! sensibilidad! impedancia! atenuaciones! etc.• efle!ión hori-ontal* velocidades de barrido! e#pansión de barrido! mezcla develocidades! <V de bases de tiempo independiente! etc.

• Tri##er* Analógico o digital! fuente interna o e#terna! 7apacidad de pre $ post trigger.• &odos de presentación* @efres"! @oll ! 6crol.• 'apacidad i#ital* >emoria*canal. @esolución "orizontal! resolución vertical!

interpolación.• 6recisión* bits efectivos de resolución.• &odos de almacenamiento* 7ontinuo! &nico! locHed o protegido

M;todos de mestreo

En

esta

sección

se

resume

brevemente

el

proceso

de

muestreo

) sampling +

mediante

el

cual

seconvierte una porción de la señal de entrada en un n&mero discreto de valores binarios con el

propósito de almacenarlos! procesarlos $*o representarlos. El valor de la muestra es igual a la amplitud de la señal de entrada en el instante en el que laseñal es muestreada.. (as dos principales técnicas de muestreo utilizadas en los osciloscopiosdigitales son las siguientes4

+.

-uestreo en tiempo real

2.

-uestreo en tiempo e"uivalente.

(a utilización de la primera o la segunda técnica! resultará más conveniente dependiendo del

tipo de medida que se desee realizar.• &uestreo en tiempo real

>ediante esta técnica! el sampler opera a su má#ima velocidad para adquirir el ma$or n&merode

puntos

en

un &nico

barrido.

As'

pues!

esta

es

la

técnica

adecuada

para

medir

señalestransitorias o de un &nico disparo. El muestreo en

tiempo

real

constitu$e uno de

los

ma$ores

retos

de

los

osciloscopios

digitalesdebido a la

alta

velocidad

de

muestreo

necesaria para digitalizar de forma precisa señalestransitorias de alta frecuencia. Estas señales ocurren una &nica vez por lo que deben ser muestreadas en el mismo momento de su ocurrencia. 6i la velocidad de muestreo no es

suficientemente

alta!

las

componentes

de

alta

frecuencia

no

se

capturarán

adecuadamente!causando

el

efecto

de

alisasing

en

la

onda

de

salida.

,ara

evitar

este

efecto

es

necesariomuestrear como m'nimo dos veces más rápido que la componente de frecuencia más alta de laseñal. ,or eemplo! si se está midiendo una señal con una componente de -->z! ser'anecesario al menos una capacidad de muestreo de 1 W6*s.

,or otro lado! el muestreo en tiempo real también está limitado por la velocidad de la memoria para almacenar la forma de onda una vez que "a sido digitalizada.



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 1B

• &uestreo en tiempo equi"alente

Esta técnica está indicada para el caso enel que la señal sea periódica. El "ec"o de quecada ciclo sea idéntico a los anteriores esaprovec"ado para reconstruir la señal completacapturando una pequeña parte de la señal encada per'odo. As' pues! las muestras sonobtenidas a partir de varios ciclos de la señallo cual permite

representar con e#actitudseñales

cu$as frecuencias tengan componentesma$ores que la capacidad má#ima de muestreo.

(as dos formas de realizar este tipo de muestreo son el muestreo aleatorio $ el muestreosecuencial. El

mestreo

aleatorio

es

la

forma

más

com&n

de

realizar

el

muestreo

en

lososciloscopios actuales. 6e basa en el uso de un relo interno cu$o tren de pulsos es as'ncronorespecto a la señal

de

entrada

$

la

señal

de disparo. (as muestras son tomadascontinuamente! independientemente de la posición del disparo. ,osteriormente son representadasmidiendo la diferencia entre los tiempos de la muestra $ del disparo. <ótese que aunque lasmuestras sean tomadas

consecutivamente!

son

aleatorias

con respecto al disparo! lo cuale#plica la denominación de esta técnica cu$a principal virtud es la capacidad de adquirir $representar las muestras anteriores

al punto de disparo. Es decir! act&a como

un generador

de predisparo! eliminando la necesidad de señales e#ternas de predisparo o l'neas de retardo. En el

mestreo

secencial

se

toma

una

muestra

en

cada

disparo!

independientemente

de

la

velocidad

de

barrido

)valor

del

control

6E7*D:+.

7uando

se

detecta

el

disparo!

se

toma

unamuestra

después

de

un

pequeño

retardo

que

es

conocido

con

e#actitud

)Mt+.

7uando

llega

elsiguiente

disparo!

se

añade

dic"o

pequeño incremento

de

tiempo

$

el

digitalizador

toma

otramuestra. Este proceso se repite continuamente $ se añade cada vez el mismo incremento Mt a la&ltima adquisición "asta que se completa la ventana temporal. Desde el punto de vista tecnológico! es más fácil generar el pequeño incremento de tiempo Mtque determinar la posición vertical $ "orizontal de la muestra respecto el punto de disparo. ,or ello!el muestreo secuencial proporciona más resolución temporal $

e#actitud que el muestreo aleatorio.6in embargo! dado que la muestra se toma después de "aber detectado el disparo! el punto dedisparo no puede ser representado sin una l'nea de retardo adicional o un predisparo e#terno.

Interpolación

Dado el carácter discreto de los puntos muestreados! los osciloscopios utilizan la interpolación para poder visualizar

trazas continuas. E#isten básicamente dos tipos de interpolación4

1. (nterpolación lineal* (os puntos muestreados son conectados con l'neas rectas.2.

(nterpolación @sen!/!A* (os puntos muestreados son unidos con curvas que obedecena una e#presión matemática con la que es posible visualizar señales con gran precisióndisponiendo de relativamente pocos puntos de muestreo.




Acoplamiento

,or otro lado! es posible seleccionar para cada canal )en el men& ertical+! el tipo deacoplamiento4

• 774 permite pasar las componentes continua $ alterna de la señal.• 7A4 bloquea la componente continua de la señal.• W<D4 desconecta la señal de entrada $ muestra la señal de referencia.

Escala 6ori<ontal - posición

6e puede austar la posición "orizontal mediante la rueda ,O6:7:;< situada en la zona decontrol O@:YO<=A(. De este modo se escoge si se quieren ver los datos antes del disparo!después

del

disparo

o

ambos.

,or

defecto!

el

instante

del

disparo

se

dibua

en el centro de la pantalla! señalado por el indicador del gráfico de la pantalla. Al cambiar la posición"orizontal! el punto de disparo se desplaza del centro. 6e puede cambiar la escala "orizontal de todas las formas de onda usando el mando 6E7*D:)situado en la misma zona del panel+! o lo que es lo mismo! austar la base de tiempos! que es&nica para ambos canales. El valor de la escala "orizontal seleccionada aparece en la pantalla .,or eemplo! si indica una lectura de --ms! esto significa que la escala "orizontal de amboscanales es --ms*división. Es posible ampliar "orizontalmente una

ventana previamente definida!en cu$o caso la escala "orizontal se muestra por pantalla. ,ara ello! en el men& orizontal!

pulsando

efinir

3entana

aparecen

dos

cursores

verticales.

El

auste

de

los mismos mediante loscontroles ,osición orizontal $ 6E7*D: permite definir la ventana deseada. ,ulsando Ampliar entana! se muestra! ampliada! la forma de onda situada en la ventana.

6i se selecciona el modo de representación Z! se muestra por pantalla la tensión del canal 5 enfunción

de

la

tensión

del

canal

1.

Es

decir!

el

ee

"orizontal

dea

de

representar

tiempo

para pasar a representar valores de tensión del canal 1. ,ara ello se pulsa el botón ,A<=A((A del panel

$

se

selecciona

el

formato

Z

)en

formato Z=

representa

las

tensiones

en

función

deltiempo+. Además de mostrar por pantalla las señales de tensión del canal 1 $ del canal 5 con respecto altiempo! es posible mostrar la señal diferencia! la señal suma! la señal del canal 1 invertida! o la del5 invertida. Esto se austa pulsando el botón de men& >A=E>.

Disparo

El disparo determina el momento en el que el osciloscopio empieza a adquirir datos $ muestrauna

forma

de

onda.

7uando

el

disparo

se

configura

adecuadamente!

puede

convertir representaciones inestables o pantallas vac'as en formas de onda con significado. eamos en uneemplo la importancia del disparo. 6upongamos que tenemos una señal periódica triangular



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 1P

$ que las muestras que va tomando el osciloscopio las va representando en la pantalla de acuerdocon

las

escalas

"orizontales

$ verticales

seleccionadas.

=odas

las muestras son dibuadas!

$cuando se llega al final de la pantalla )a la derec"a+! la siguiente muestra se representa alcomienzo de la pantalla(a señal es la que se muestra a continuación4

• ,in disparo

(a primera muestra! en tI- se dibua a la izquierda! $ tras el primer barrido de pantalla se tienela imagen de la figura B)A+. Al terminar la pantalla! la siguiente muestra de la señal de entrada sedibua al comienzo! $ contin&a el barrido desde a"'! siendo el segundo recorrido de la

pantalla el que se muestra en la figura B)2+.

(o

mismo

ocurrir'a

con

los

sucesivos

barridos.

El

efectoóptico

que

se

produce

es

la superposición de estos gráficos! demanera que la imagen no es estable.

• 'on disparo

Al seleccionar un punto de disparo! lo que ocurre es que el osciloscopio no representa en pantalla todos las muestras de la señal! para poder estabilizar la imagen. As'! suponiendo que la posición "orizontal se austa para comenzar la representación a partir del disparo )a la izquierda dela

pantalla+!

$ que

la

condición

de

disparo

es

el

paso

por

cero!

con

pendiente

positiva! elgráfico del primer barrido ser'a el que se muestra en la figura P)A+. 7uando acaba el primer

barrido! vuelve a estar listo para disparar! dea de dibuar $ espera el siguiente disparo. 7uando se produce éste )paso por cero de la señal! con pendiente positiva+! comienza a dibuar de nuevo a laizquierda

de

la

pantalla.

De

esta

forma

se

reproduce

e#actamente

la

misma

sección

de

la onda! $

la imagen permanece estable! figura P)2+.



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 1/

En el momento en que el osciloscopio empieza a adquirir una forma de onda! recoge

lossuficientes datos como

para

dibuar

la

forma

de

onda

a

la

izquierda

del

punto

de

disparo.

El

osciloscopio sigue recogiendo datos mientras espera a que se produzca la condición de disparo. %navez que se detecta un disparo! el osciloscopio sigue adquiriendo los suficientes datos como paradibuar la forma de onda a la derec"a del punto de disparo.

• isparo con retención

a$ determinadas

señales

periódicas

que

no

pueden

estabilizarse

en

pantalla

con

la

simpleelección de una condición de disparo! sino que requieren un tiempo de retención! es decir! un

tiempo durante el cual los disparos no se reconocen. (a

señal

de

disparo

puede

ser

una

forma

deonda

complea!

con

varios

posibles

puntos

de disparo! como en un tren de pulsos digitalesAunque la forma de onda sea periódica! una condición de disparo puede provocar una serie de

patrones en la pantalla! en lugar del mismo patrón cada vez.

En este eemplo! el osciloscopio mostrar'a de forma estable el primer pulso del tren.

,ara

acceder

al

control

@etención!

se

pulsa

el

botón

>en&

O@:YO<=A(!

se

selecciona.@etención $ se austa el mando O(DOGG para cambiar la cantidad de tiempo del periodo deretención.



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 1C

• isparo +nico

Wracias al

modo de disparo [<:7O! con el osciloscopio digital! no

sólo podemos

representar señales periódicas! sino que también pueden ser capturados $

representados transitorios de uncircuito que se producen una sola vez. ,ara ello! se pulsa el botón >E<[ D:6,A@O $

a continuación el botón >ODO paraseleccionar [<:7O. 6i la lectura de la parte superior de la pantalla no indica que está preparada o lista )punto 5 en elgráfico de la pantalla ?figura 1+! se pulsa el botón A7=:A@*,A@A@ para que comience laadquisición de datos.

• Btros puntos de inter)s

Fente del disparo

6e puede "acer que el disparo proceda de diferentes fuentes4 canales de entrada! red eléctrica $señal e#terna. 6e seleccionan en el >E<[ D:6,A@O.

'anal de entrada* (a fuente más "abitual de disparo suele ser uno de los canalesde entrada. El

canal

que

se

seleccione

como fuente

de

disparo

funcionará

tanto

si

semuestra como si no. Red el)ctrica* 6e puede utilizar esta fuente cuando se desee ver las señales

relacionadas con la frecuencia de la l'nea de alimentación. El osciloscopio genera eldisparo!

de forma que no se tenga que introducir una señal de disparo.

9!terna* 6e puede utilizar esta fuente de disparo! cuando se desee adquirir datos endos canales $

disparar desde un tercero. En ese

caso!

la

señal

de

disparo

e#ternose introduce por el conector D:6,A@O E=.

Tipos de disparo

El osciloscopio proporciona dos tipos de disparo4 por flanco $ por v'deo! $ se seleccionantambién en el >E<[ D:6,A@O.

lanco*

6e

puede

utilizar

el

disparo

por

flanco

con

circuitos

de

pruebaanalógicos

$ digitales. %n disparo por flanco se produce cuando la entrada del disparo pasa por un nivel de tensión! con la pendiente indicada. El nivel se austa con la rueda de <:E( situada en la zona del panel del D:6,A@O! previamente seleccionado <ivel en el>en& O@:YO<=A(. (a pendiente se selecciona en el >E<[ D:6,A@O.




?ídeo* 6e pueden utilizar los disparos por v'deo en campos o l'neas de señales dev'deo estándar.

>odos de disparo

El modo de disparo determina cómo se comporta el osciloscopio en ausencia de un evento de

disparo. 6e selecciona en el >E<[ D:6,A@O.

$uto* Este

modo

de

disparo

permite

que

el osciloscopio

adquiera

una

forma

deonda incluso si no detecta una condición de disparo. 6i no se produce la condición duranteun intervalo concreto! el osciloscopio forzará un disparo. Al forzar disparos no válidos! elosciloscopio

no puede

sincronizar

la

forma

de

onda!

$

ésta

parece

desplazarse

por

la pantalla. 6i se produce un disparo válido! la representación se estabiliza en la pantalla.

Cormal* El modo normal permite que el osciloscopio adquiera una forma de ondasólo si ésta es disparada )con el nivel $ la pendiente seleccionada+. 6i no se produceun disparo! el osciloscopio no adquirirá la nueva forma de onda! $ la forma deonda anterior! si la "ubiera! permanecerá en pantalla )en color gris+.

Dnico*

7omo $a se

"a mencionado!

el modo [nico permite que elosciloscopio adquiera una forma de onda cada vez que se pulsa A7=:A@ $ se detecta lacondición de disparo.

Acoplamiento de disparo

El acoplamiento de disparo determina qué parte de la señal pasa al circuito de disparo. (os tiposde acoplamiento son 77! 7A! rec"azo de ruido $ rec"azo de baa*alta frecuencia. 6e selecciona enel >E<[ D:6,A@O.

,osición de disparo

El control de posición "orizontal establece el tiempo entre el disparo $ el centro de la pantalla!tal $ como $a se "a mencionado.

Ad"isición de datos

7uando se adquieren datos analógicos! el osciloscopio los convierte a formato digital. (aconfiguración de la base de tiempo afecta a la rapidez con que se adquieren los datos. a$ tresmodos de adquisición diferentes4 muestreo! detección de picos $ promedio. 6e austa en el men&queaparece pulsando el botón AD9%:6:7:;<.

-uestreo4 7on este modo de adquisición! el osciloscopio muestrea la señal aintervalos regulares! a fin de construir la forma de onda. <ormalmente! este modorepresenta las señales analógicas con precisión.



U.T.N. – F.R.V.M. Medidas Electrónicas II – Osciloscopios de Almacenamiento Digital 5-

<o obstante! este modo no adquiere variaciones rápidas de la señal analógica que se puedan producir entre muestreos. Esto puede provocar efecto aliasing $ "acer que se pierdan los pulsos másestrec"os. En ese caso! debe usarse el modo de Detección de ,icos para adquirir los datos.

etección

de

picos4

7on

este modo

de

adquisición!

el

osciloscopio

busca

losvalores má#imo $ m'nimo de la señal de entrada en un intervalo de muestreo! $ usaestos valores para representar la forma de onda. De esta manera! el osciloscopio

puede adquirir $ representar pulsos estrec"os! que se "abr'an perdido de

"aber

utilizandoel modo >uestreo. En este modo! el ruido parecerá ser ma$or.

/romedio4 7on este modo de adquisición!

el osciloscopio adquiere varias formasde onda! calcula el promedio

$

muestra

la

forma de onda resultante. 6e puede usar parareducir el ruido aleatorio.

unidad 1_osciloscopios de almacenamiento digital.doc

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