Seleccionar el osciloscopio adecuado

Ancho de banda y tasa de muestreo

El osciloscopio y puntas de prueba deben seleccionarse de tal manera que el ancho de banda del osciloscopio y punta de prueba siempre midan la señal con fidelidad. La consideración más importante es el tiempo de elevación de la señal (rise time). Una regla de dedo muy útil es que el ancho de banda del osciloscopio sea mayor que 0.5/risetime. Por ejemplo, si requieres capturas tiempos de subida de 1 ns, el ancho de banda es de 350 MHz (0.35 /  1 ns   =   350 MHz).

Las tasas de muestreo de hasta 10 veces el ancho de banda aseguran un número adecuado de puntos por flanco a fin de representar las señales capturadas.

Relaciones útiles

• La tasa de muestreo = 1 / período de muestreo = profundidad de memoria / tiempo de captura
• Profundidad de memoria = Tasa de Muestreo x Tiempo de captura
• Tiempo de captura = 10 x [Tiempo/Div]
• Ancho de banda digital (frecuencia Nyquist) = Tasa de muestreo / 2
• La frecuencia más baja que se puede caracterizar = 1 /Tiempo de captura
• Relación de la frecuencia más alta a más baja que se pueden observar = Profundidad de memoria / 2

Osciloscopios para protocolos de datos seriales

Muchos chips y dispositivos envían información o son controlados mediante un bus de datos seriales. Aún cuando el diseño del bus no es tu aplicación, te puede interesar comprobar la correcta operación de tu dispositivo enviando ciertas direcciones o valores de datos. Entre los protocolos de datos seriales de baja velocidad más comunes se encuentran I2C, SPT, RS232 y UART. Algunos osciloscopios están equipados con la capacidad para capturar, decodificar y analizar estos protocolos.

El protocolo I2C (Inter Integrated Circuit) ofrece arbitraje y detección de colisiones. Las pruebas de este bus requieren examinar la línea de reloj para verificar sus correctos parámetros de tiempo y amplitud. Posteriormente si requieres verificar la operación adecuada de un dispositivo en respuesta a un comando en particular, el osciloscopio se puede disparar cuando se envía una dirección específica en el bus o cuando se envía la dirección junto con un valor de datos específico. Se puede ver la información como llega al dispositivo bajo prueba y usar otros canales del osciloscopio para probar señales adicionales que muestran la respuesta del dispositivo al comando. Se pueden capturar las señales de reloj y datos, mostrando los trazos de voltaje contra tiempo en la pantalla, y decodificar y almacenar los paquetes de datos.

SPI (Serial Protocol Interface) es un protocolo maestro/esclavo con líneas de selección de chip para direccionar dispositivos específicos y tasas de hasta 50 Mb/s usando paquetes de datos de 8 a 16 bits. Igual que con I2C, se puede capturar y decodificar SPI. Se conecta un canal al reloj y otro a la línea de datos. Primero se verifica que haya una señal de reloj limpia y estable. Si la señal de reloj es correcta, se puede remover esta señal de la pantalla para ver y decodificar la línea de datos. Otros canales del osciloscopio pueden emplearse para verificar la operación correcta a un comando. El osciloscopio puede buscar patrones de datos de cierta longitud. Algunos osciloscopios pueden capturar un largo período de tiempo, dependiendo de la memoria de captura. El usuario puede ver múltiples paquetes de datos y el osciloscopio puede construir una tabla que sumariza las características relevantes de cada paquete, como el tiempo de arribo del paquete, los valores de datos y la tasa de bit. El usuario puede usar el apuntador para moverse de ver a medir de un paquete a otro.

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) es uno de los dispositivos seriales más antiguos y comunes. UART maneja distintas tasas de datos y trabaja con variedad de protocolos, siendo RS-232 el más común. Puede tener de 5 a 9 bits de datos, un bit de inicio, un bit opcional de paridad y 1, 1.5 o 2 bits de parada. El usuario puede seleccionar la tasa de bit, el número de bits de datos, la paridad y los bits de parada. El osciloscopio se puede configurar para disparar en errores de paridad o valores de datos específicos. Igual que con otros protocolos, el usuario puede probar cuando ocurren distintas condiciones, observando la línea de datos seriales y otros canales para monitorear la operación del dispositivo.

Las técnicas de diagnóstico con osciloscopios son comunes para todos los protocolos. El primer paso es que el osciloscopio se amarre de manera estable a un evento de interés mediante el paquete de aplicación específico al protocolo. A veces las señales se ven bien, pero el dispositivo no responde de manera adecuada. El siguiente paso es verificar que las señales cumplan con las reglas del estándar según el caso. Los estándares definen por lo general la operación de la capa física (modelo OSI de protocolos). El osciloscopio se emplea para medir características de la señal, como su amplitud, tiempo de elevación, tiempo de caída y ancho de pulso. El osciloscopio puede ejecutar estas mediciones de manera automática. Algunos modelos incluso presentan histogramas, mostrando la distribución (o estadísticas) de la señal. A veces se detectan fallas intermitentes, con anchos de pulso muy cortos conocidos en inglés como “glitches”. En este caso se dispara el osciloscopio con estos pulsos cortos para ver qué causa la falla. Algunos osciloscopios permiten probar múltiples protocolos simultáneamente. En este caso se pueden detectar problemas de tiempo entre comandos y datos. Otra técnica de diagnóstico es examinar la latencia, o el tiempo que pasa entre la llegada del comando al dispositivo y la ejecución de la función. Frecuentemente se desea ver señales análogicas y digitales juntas, para lo cual se emplean los osciloscopios de señal mixta (o MSO en inglés).

Los osciloscopios actuales pueden probar gran variedad de protocolos además de los anteriores, incluyendo CANbus, FlexRay, LIN o señales de audio I2C. En muchos casos se emplean las técnicas mencionadas anteriormente. . También existen protocolos de súper alta velocidad, como USB, SAS, SATA, PCI-Express y otros formatos de mega velocidad. Se puede considerar a los osciloscopios WaveSurfer  (200 MHz a 1 GHz) y  WaveRunner (400 MHz a 4 GHz) para trabajar con estos protocolos.

Cuando la velocidad de datos aumenta, el medio de transmisión puede ser una fuente de problemas de integridad de señal. Para anchos de banda superiores a 4 GHz y altas tasas de bit, resultan adecuados los osciloscopios WavePro  (anchos de banda hasta 6 GHz) o WaveMaster (anchos de banda hasta 45 GHz).

LeCroy ofrece también soluciones completas de análisis de datos seriales, SDA, y equipos de propósito específico para análisis de unidades de disco, el DDA. Estosequipos están basados en los osciloscopios digitales WavePro y WaveMaster y contienen las herramientas de análisis más poderosas disponibles en el mercado.

Escogiendo el osciloscopio adecuado

Las características fundamentales del osciloscopio son su ancho de banda, tasa de muestreo, tamaño de la memoria de captura y número de canales. El siguiente aspecto es su capacidad de medición y análisis. Cuanto más complejas se vuelven las señales, cuanto más  importante se vuelve el desempeño del osciloscopio. Aunado a la capacidad de memoria para capturar señales de alta velocidad se requiere también de la capacidad de procesamiento interno. Es decir, qué tan rápido captura y despliega las formas de onda, y qué tan rápido realiza los cálculos, por ejemplo para realizar un zoom o ampliación de señal,  lo que puede ir de unos segundos a varios minutos según la marca del osciloscopio. Son los factores finos que no se detectan a simple vista en la hoja de datos.

Los osciloscopios LeCroy son la elección en el campo de investigación y desarrollo. Y no es sólo por la especificación técnica, su liderazgo en memoria de adquisición y tasa de muestreo. También por su capacidad superior de procesamiento de señales, por sus herramientas de análisis y su interfaz de usuario simple e intuitiva. Además de ofrecer el diseño industrial más elegante y práctico. Son la mejor elección para los campos de educación, investigación y desarrollo, mantenimiento y diagnóstico y producción.

Hay un osciloscopio LeCroy adecuado para cada aplicación: mantenimiento y reparación, educación, diagnóstico y depuración, producción, investigación y desarrollo. Si tiene duda sobre el equipo más adecuado para su aplicación, por favor contáctenos. Nos daría mucho gusto poder ayudarlo en su selección. Puedes ver  aquí todos los osciloscopios LeCroy