Guía para la compra de un osciloscopio

Ancho de banda

¿Qué significa ancho de banda?

El ancho de banda es el rango de contenido de frecuencia que un osciloscopio puede medir. El osciloscopio es uno de los pocos instrumentos de banda ancha que mide desde corriente continua o CC (0 Hz) hasta su ancho de banda especificado. Esta especificación es el aspecto más importante a la hora de comprar un osciloscopio, ya que, si el instrumento no tiene suficiente ancho de banda, no podrá llevar a cabo las medidas con la precisión necesaria.

La respuesta en frecuencia del amplificador del front-end de un osciloscopio es similar a un filtro paso bajo. Esta forma significa que pasa la mayoría del contenido de la señal de CC a donde la atenuación cae hasta 3 decibelios (dB). El punto de -3 dB es donde los osciloscopios definen su «ancho de banda», y representa aproximadamente una reducción del 30 % de la tensión en este punto de frecuencia.

¿Cómo elegir el ancho de banda adecuado?

Escoger un ancho de banda para una aplicación específica puede ser complicado a la hora de elegir un osciloscopio. Por ejemplo, si solo tiene previsto analizar ondas sinusoidales, basta con saber que cuenta con algo más de ancho de banda que la frecuencia portadora máxima para calcular la atenuación de 3 dB. Así, por ejemplo, si necesita medir una onda sinusoidal de 100 MHz, es recomendable optar por un osciloscopio con un ancho de banda de 150 MHz o más.

Si, en cambio, va a trabajar con formas de onda más complejas, como una señal digital, deberá considerar otros varios aspectos. Una pauta para las señales digitales u otras señales complejas consiste en elegir un ancho de banda que sea de 3 a 5 veces más rápido que la señal de reloj o de datos más rápida. Por ejemplo, si se va a medir un bus de memoria con una velocidad de transferencia de datos de 133 MHz, debería elegir un ancho de banda de 400 MHz como mínimo. En todo caso, esta pauta parte de que el tiempo de subida de una señal digital es proporcional a la velocidad de transmisión.

Los flancos de subida y bajada de las señales digitales tienden a incluir más contenido de frecuencia que la frecuencia fundamental. Por lo tanto, utilizando la ecuación de 0,35 sobre el tiempo de subida se obtiene una estimación de primer orden del ancho de banda de la señal. Tomemos por ejemplo el ejemplo del bus anterior. Si partimos de que la señal tiene un tiempo de subida de 600 picosegundos, empleando la ecuación de arriba podemos ver que hay un contenido de frecuencia de hasta 583 megahercios. (Este valor correspondería a la pauta de 3 a 5 veces la velocidad de transferencia de datos).

Otras consideraciones relativas al ancho de banda

La mayoría de los osciloscopios cuentan con opciones de actualización del ancho de banda. Evidentemente, hay un límite máximo al que pueden ampliarse, pero pueden existir otras alternativas en caso de que el ancho de banda sea demasiado limitado.

Un ancho de banda excesivo puede repercutir en las medidas. Por norma, más ancho de banda en una medida se traduce también en más ruido de banda ancha. Afortunadamente, muchos osciloscopios ofrecen filtros para reducir el ancho de banda del front-end. Por ejemplo, todos los osciloscopios Rohde & Schwarz incorporan un filtro de 20 MHz para medidas de fuentes de alimentación. Además, modelos como el R&S®MXO 4 y el R&S®RTO 6 incluyen un modo de alta definición («HD mode») para compensar el ancho de banda y la resolución del convertidor A/D y así obtener la más alta precisión en medidas con ancho de banda reducido.

¿Tiene alguna pregunta? Póngase en contacto con nosotros.

Frecuencia de muestreo

¿Qué es la frecuencia de muestreo?

El convertidor analógico/digital (A/D) de un osciloscopio digitaliza la señal analógica. La velocidad a la que ejecuta esta digitalización se denomina «frecuencia de muestreo». Los fabricantes especifican la frecuencia de muestreo en muestras por segundo. Por ejemplo, el osciloscopio de 300 MHz R&S®RTC1000 tiene una frecuencia de muestreo de 2 gigamuestras por segundo. La frecuencia de muestreo también se puede indicar en el formato 2 Gmuestras/s, 2 GSa/s o 2 GSp/s.

¿Cómo elegir la frecuencia de muestreo adecuada?

La frecuencia de muestreo de un osciloscopio debería ser, como mínimo, 2,5 veces superior al ancho de banda. Por ejemplo, si el osciloscopio tiene un ancho de banda de 1,5 GHz, la frecuencia de muestreo debería ser superior a 3,75 gigamuestras por segundo. En general, la mayoría de los osciloscopios digitales cumplen este requisito mínimo. No obstante, un osciloscopio puede utilizar varios canales en modo intercalado para alcanzar la frecuencia de muestreo más alta.

Por ejemplo, el R&S®RTC1000 de 300 MHz ejecuta el muestreo a 2 GSa/s si se trata de un único canal, pero si están activados los dos canales, lo hace solo con 1 GSa/s. Aún así, incluso con esta frecuencia de muestreo reducida, el R&S®RTC1000 es capaz de adquirir muestras hasta 2,5 veces mayores que el ancho de banda analógico.

En general es recomendable contar con una frecuencia de muestreo más alta.

Otras consideraciones relativas a la frecuencia de muestreo

Los osciloscopios ofrecen diferentes modos de adquisición, como el modo de detección de picos («peak detect») o de alta resolución («high-resolution»). Estos modos permiten que el convertidor A/D siga funcionando con su frecuencia de muestreo máxima, pero reduciendo la cantidad de puntos de datos almacenados en la memoria. Con estos modos se pueden aplicar frecuencias de muestreo más altas para aplicaciones con señales relativamente lentas.

Bits del convertidor A/D

¿Qué son los bits del convertidor A/D?

El convertidor analógico/digital del osciloscopio ejecuta la salida de valores binarios. Como en cualquier convertidor A/D, la cantidad de bits que componen los valores binarios determina la resolución. Por ejemplo, un convertidor A/D de 8 bits procesa 256 valores únicos o niveles de tensión. Un convertidor A/D de 10 bits, por su parte, aporta 1024 valores únicos, y uno de 12 bits 4096 niveles de tensión.

Precisión frente a resolución (frente a sensibilidad)

Si bien la resolución de un convertidor A/D repercute en la precisión de medida de un osciloscopio, no es el único aspecto a tener en cuenta.

La precisión se define como la diferencia entre la medida esperada y el valor real. En otras palabras, es la incertidumbre de una medida. La resolución, por otra parte, es el cambio más pequeño que puede representar un sistema de medida. En el caso de un osciloscopio, el ancho de bits del convertidor A/D el lo que determina la resolución. Por último, la sensibilidad es el cambio más pequeño detectable. En un principio, esta definición puede parecer igual a la de la resolución. Además, elementos específicos de un sistema de adquisición pueden tener una sensibilidad muy alta. Sin embargo, la sensibilidad en general se desprende de la combinación de precisión y resolución.

Otras consideraciones

Tenga en cuenta que no todos los osciloscopios funcionan continuamente con el ancho de bits completo. Por ello, es recomendable estudiar minuciosamente la hoja de datos para identificar posibles limitaciones. Afortunadamente, todos los osciloscopios R&S utilizan siempre su ancho de bits completo.

Además, algunos modelos de osciloscopios de R&S pueden aumentar su ancho de bits efectivo mediante una función denominada HD Mode (modo HD). Este modo equilibra el ancho de banda para realizar medidas con una resolución más alta. Por ejemplo, el R&S®MXO4 ofrece un convertidor A/D de 12 bits capaz de alcanzar un incremento efectivo de hasta 18 bits.

Sistema de disparo

¿Qué significa disparo?

En los osciloscopios digitales, el sistema de disparo observa si se producen determinados eventos en la(s) señal(es) examinadas. Cuando detecta estos criterios seleccionables por el usuario, genera una acción de disparo. El tipo de disparo más común es el disparo a nivel de flanco, y la acción más común es actualizar la pantalla con el evento en el centro.

Los sistemas de disparo pueden identificar muchos otros eventos como duración de impulso, tensiones de runt, niveles lógicos y paquetes de protocolos serie. Además, ofrecen diversas herramientas para filtrar ruido, cualificar eventos válidos y realizar el disparo en otros instrumentos.

¿Cómo elegir las funciones de disparo para sus necesidades específicas?

Un sistema de disparo con un conjunto de funciones completo puede reducir considerablemente el tiempo de depuración y facilitar la caracterización de señales muy complejas.

En primer lugar debe considerarse qué tipos de disparo ofrece un osciloscopio. Seguidamente puede ponderarse el resto de sus características, como histéresis ajustable y disparo secuencial.

Histéresis ajustable significa que el disparo puede tolerar más ruido en una forma de onda o enfocarse en un evento específico de un flanco. Por ejemplo, los osciloscopios con sistemas de disparo digitales de alta precisión pueden disparar en eventos con un tamaño inferior a 0,0001 de una división vertical.

El disparo secuencial, también denominado disparo A->B, permite crear una condición de disparo de dos etapas. Por ejemplo, se puede cualificar una duración de impulso en particular solamente después del flanco descendente de una señal de habilitación.

Otras consideraciones relativas al disparo

Al evaluar el sistema de disparo de un osciloscopio es esencial prestar especial atención a sus especificaciones técnicas. Algunos sistemas de disparo ofrecen «ancho de banda completo» solamente en el disparo de flanco, mientras que los demás tipos de disparo son relativamente lentos en comparación con el ancho de banda del osciloscopio.

Osciloscopios como el R&S®MXO4 y el R&S®RTO6 utilizan un sistema de disparo digital. En lugar de emplear un circuito analógico para identificar eventos, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) dedicado observa las muestras digitales del convertidor A/D en tiempo real para detectar eventos de disparo. Este método exclusivo de disparo aporta la más alta precisión de disparo. Una de las principales ventajas de este sistema es que todos los tipos de disparo se realizan con el ancho de banda completo. Por ejemplo, una detección de glitch por disparo digital es tan rápida como un periodo de muestra individual del convertidor A/D. Otra de sus ventajas es la extraordinaria sensibilidad de tensión.

Profundidad de memoria

¿Qué significa profundidad de memoria?

El convertidor A/D guarda sus muestras en un búfer de memoria. Puesto que los convertidores A/D suelen muestrear en el rango de los gigabits, esta memoria debe estar cercana al convertidor y ser muy rápida. La cantidad de muestras de adquisición almacenadas se denomina «profundidad de memoria». Por ejemplo, si un canal tiene un búfer de 10 megapuntos, captura (hasta) diez millones de muestras durante cada adquisición.

Existe una conexión directa entre la velocidad de muestreo de un osciloscopio, cuánta memoria tiene y cuánto tiempo puede capturar. El ajuste de base de tiempo determina el tiempo mínimo que un osciloscopio captura una señal. El sistema de adquisición equilibra la profundidad de memoria y la frecuencia de muestreo para elevar al máximo la frecuencia de muestreo de un ajuste de base de tiempo concreto. Cuanta más memoria esté disponible, más lento (prolongado) puede ser el ajuste de base de tiempo manteniendo una alta frecuencia de muestreo.

En general es preferible disponer de más memoria. Sin embargo, algunos osciloscopios no aprovechan al máximo su memoria profunda o se vuelven extremadamente lentos cuando funcionan con la memoria profunda activada.

¿Cómo elegir la profundidad de memoria adecuada?

Al contrario que otras especificaciones técnicas clave del osciloscopio, no existen unas pautas generalizadas respecto a la profundidad de memoria. Sin embargo, si se sabe de antemano que será necesario capturar una determinada cantidad de tiempo, se puede determinar la profundidad de memoria mínima necesaria para el caso en particular. Por ejemplo, para capturar 10 ciclos de una señal de reloj de 100 MHz, se necesitaría capturar como mínimo 100 nanosegundos. Con 1 gigamuestra por segundo, el convertidor A/D toma una muestra cada nanosegundo. Por lo tanto, se necesitará una profundidad de memoria de 100 muestras.

Otras consideraciones relativas a la profundidad de memoria

Un criterio en torno a la memoria profunda frente a una plana es cómo procesa el osciloscopio su memoria de adquisición. Por ejemplo, los osciloscopios R&S®MXO, R&S®RTO y R&S®RTP están provistos de ASIC dedicados que agilizan el procesamiento de las operaciones de la memoria profunda. Este ASIC hace que el osciloscopio reaccione perfectamente al ampliar o reducir el zoom de formas de onda y reduce al mínimo el tiempo de rearme de disparo durante la adquisición.

Segmentación rápida y modo de historial

También deben tenerse en cuenta los modos o las características que hacen uso de memoria aparte de las simples adquisiciones. Por ejemplo, la función de segmentación rápida y el modo de historial de los osciloscopios R&S utilizan la memoria profunda con un efecto perceptible.

Con la segmentación rápida, el sistema de adquisición divide la memoria en fragmentos o segmentos pequeños, pero de igual tamaño. A continuación, estos fragmentos se rellenan tan rápido como el sistema de disparo pueda realizar su rearme. El controlador de la memoria espera hasta que se llenen todos los segmentos antes de transferir los datos de la adquisición a la CPU. La ventaja del modo de segmentación rápida es que permite el rearme del sistema de disparo con la mayor rapidez posible y aprovecha al máximo la memoria profunda. Esto es especialmente útil para señales con ráfagas.

El modo de historial representa otra forma de utilizar la memoria profunda. El controlador de la memoria divide el total de la memoria disponible en fragmentos o segmentos, igual que en el modo de segmentación rápida. Pero en este caso, el controlador rellena los segmentos como un búfer en anillo mientras el osciloscopio sigue procesando cada segmento como en el funcionamiento normal. La diferencia en el modo de historial es que al detener el osciloscopio se puede «rebobinar» en el tiempo a adquisiciones anteriores. Esta función resulta muy útil ya que concede el tiempo necesario para pulsar el botón «stop» cuando se ha detectado una anomalía en la pantalla.

¿Tiene alguna pregunta? Póngase en contacto con nosotros.

Frecuencia de actualización de la forma de onda

¿Qué es la frecuencia de actualización de la forma de onda?

La frecuencia de actualización de la forma de onda se denomina también velocidad de disparo. Expresa cómo de rápido puede adquirir el osciloscopio formas de onda entre eventos de disparo. En general, cuanto más rápido es capaz de realizar el rearme y el redisparo el osciloscopio, menos tiempo muerto habrá entre adquisiciones.

El tiempo muerto es el tiempo entre las adquisiciones, cuando el osciloscopio no puede capturar una forma de onda. Cuanto más bajo es el tiempo muerto, más rápida es la velocidad de disparo, y mayor es la probabilidad de que un osciloscopio pueda capturar eventos infrecuentes como, p. ej., un impulso transitorio.

Algunos osciloscopios Rohde&Schwarz están equipados con un ASIC dedicado que alcanza frecuencias de actualización de forma de onda ultrarrápidas. Por ejemplo, el R&S®RTO6 puede adquirir hasta 1 millón de formas de onda por segundo. El R&S®MXO 4 registra incluso más de 4,5 millones de formas de onda por segundo.

Otras consideraciones relativas a la frecuencia de actualización de la forma de onda

Las diferentes medidas, modos de adquisición y profundidades de memoria pueden repercutir en la frecuencia de actualización de la forma de onda. Algunos fabricantes de osciloscopios especifican su frecuencia de actualización máxima (o el tiempo muerto mínimo) solamente cuando están activados modos especiales. Por ello, al consultar las especificaciones es esencial entender a qué condiciones se refiere la frecuencia más rápida.

Sondas

¿Qué son las sondas para osciloscopios?

Para poder medir una señal es necesario introducirla en un osciloscopio. A veces se pueden utilizar cables BNC (o SMA) para conectar directamente el dispositivo examinado al panel frontal del osciloscopio. No obstante, en la mayoría de los casos es necesaria una sonda.

¿Cómo elegir las sondas adecuadas?

El tipo de sonda más habitual es la sonda de tensión pasiva. Estas sondas económicas son adecuadas para aplicaciones generales. Las sondas con diferentes factores de atenuación ofrecen o bien tensión más alta o bien carga baja de una señal.

Las sondas pasivas que acompañan al osciloscopio suelen presentar un valor equivalente o ligeramente superior al ancho de banda del osciloscopio. La mayoría de las sondas pasivas no exceden los 500 MHz o 700 MHz de ancho de banda. Para sondear señales de más de 700 MHz de ancho de banda se necesita una sonda de tensión activa.

Las sondas de tensión activas utilizan un circuito de amplificador que brinda mayor ancho de banda y una carga de circuito más baja que las sondas pasivas. Están disponibles con factor de forma modular, de terminación única y diferencial. Como se desprende de su nombre, estas sondas necesitan alimentación para funcionar.

Algunas sondas miden magnitudes distintas a la tensión. Por ejemplo, las sondas de corriente con sensor de efecto hall miden de forma no intrusiva la corriente a través de un cable. Otro ejemplo son las sondas de campo cercano, que miden campos electromagnéticos emitidos por componentes, cables y tarjetas impresas.

En general, las sondas activas para un fabricante de osciloscopios no suelen ser compatibles con otros. No obstante, algunos fabricantes ofrecen adaptadores para las sondas de otras marcas. (Si tiene previsto utilizar uno de estos adaptadores, asegúrese de que la sonda es compatible con el adaptador).

Rohde&Schwarz ofrece una amplia gama de sondas pasivas, activas y sin tensión con diversos factores de forma.

Otras consideraciones relativas a las sondas para osciloscopios

Los osciloscopios con menores anchos de banda, generalmente inferiores a 200 MHz, solamente tienen una interfaz para sondas pasivas. Es decir, solamente tienen un conector BNC en la parte frontal. Por otro lado, un osciloscopio con más de 200 MHz puede contar con una interfaz para sondas activas que admita tanto sondas pasivas como activas.

Instrumentos integrados

Los osciloscopios han evolucionado y son ahora mucho más que una herramienta para medir formas de onda. A la hora de elegir un osciloscopio es importante tener en cuenta qué otros instrumentos tiene integrados. A continuación enumeramos algunas de las funciones adicionales relevantes.

Análisis de espectro (FFT) con osciloscopios

Una transformada rápida de Fourier, o FFT, convierte las formas de onda en el dominio temporal a un diagrama en el dominio frecuencial. La pantalla del osciloscopio muestra la frecuencia y la magnitud (en lugar de tiempo y amplitud). En comparación con los analizadores de espectro tradicionales, los osciloscopios con función de análisis de espectro pueden medir hasta 0 Hz o corriente continua.

Las FFT se pueden implementar como simple función matemática con elementos de manejo limitados o con elementos de manejo acelerados por hardware similares a los de un analizador de espectro. Además, el R&S RTO6 ofrece una función exclusiva de disparo de zona (Zone Trigger) que permite extraer un recuadro donde una emisión espuria podría (o no debería) aparecer para limitar las actualizaciones de pantalla a una frecuencia de interés.

Generador de formas de onda arbitrarias

Un generador de formas de onda arbitrarias integrado ejecuta funciones de salida como ondas sinusoidales, triangulares y cuadradas con modulaciones como AM, FM, FSK y PWM. El generador incorporado en el osciloscopio permite ahorrar espacio en la mesa de trabajo. Además, muchos osciloscopios utilizan el generador para crear una señal que se inserta en un circuito mientras que un canal analógico mide la salida. Por ejemplo, con la opción de análisis de la respuesta en frecuencia (FRA) R&S®MXO4-K36 se generan para una fuente de alimentación diagramas de bode de la respuesta de bucle de control (CLR) y del factor de rechazo a fuente de alimentación (PSRR).

La mayor parte de los osciloscopios Rohde & Schwarz ofrece una opción de generador de formas de onda arbitrarias, bien como opción de software o como módulo de hardware enchufable.

Analizador lógico

Los osciloscopios con canales digitales pueden registrar formas de onda tanto analógicas como digitales. Los canales lógicos están normalmente correlacionados en el tiempo, lo que significa que el osciloscopio los muestrea de forma simultánea con los canales analógicos. Esta característica permite visualizar en la pantalla eventos de ambos tipos de canal enganchados en el tiempo.

Todos los osciloscopios Rohde & Schwarz ofrecen canales digitales como opción. En función del modelo están disponibles 8 o 16 canales.

Analizador de protocolos

El análisis de protocolo captura la forma de onda adquirida (bien en los canales analógicos o digitales) y la decodifica en una visualización de protocolo. Por ejemplo, muchos diseños basados en microcontroladores incorporan un bus SPI, I2C o UART para la comunicación. Con la función de analizador de protocolos del osciloscopio se puede realizar el disparo en eventos específicos de protocolo, como por ejemplo el inicio de un paquete o, en algunos casos, un error CRC. Después del disparo, la visualización decodificada permite reconocer fácilmente las transacciones del bus.

Existen al menos dos formas de visualizar los datos. Una consiste en la superposición sobre la forma de onda adquirida. Esta visualización resulta útil para determinar si una anomalía en la integridad de la señal está provocando un problema de protocolo. La otra visualización es una tabla de protocolo. Esta vista compacta permite reconocer una gran cantidad de actividad de protocolo en un periodo breve.

Todos los osciloscopios Rohde & Schwarz ofrecen diferentes opciones de decodificación, que pueden añadirse tanto al comprar el instrumento como en un momento posterior.

Factor de forma (diseño)

Existen osciloscopios de muy diversos tamaños. En general, cuanto más ancho de banda poseen, mayores son las dimensiones del equipo. Los osciloscopios portátiles actuales ofrecen tanta capacidad como los equipos tradicionales de sobremesa.

¿Tiene alguna pregunta sobre los productos? Póngase en contacto con nosotros.

Control remoto

¿En qué consiste el control remoto?

El control remoto significa que es posible conectarse con el instrumento desde un PC y manejarlo como si se estuviera frente al mismo. En esta modalidad de uso, las teclas o los botones giratorios se accionan a través de un panel frontal virtual representado mediante un navegador que imita el panel frontal del instrumento.

¿Cómo elegir la modalidad adecuada de acceso remoto?

Si necesita acceder al osciloscopio de forma remota desde su laboratorio, asegúrese de que el equipo admite la operación remota. Por ejemplo, los modelos R&S®RTB, R&S®RTM, R&S®MXO 4, R&S®RTO 6 y R&S®RTP incluyen la función de panel frontal virtual a través de una interfaz de navegador web.

Otras consideraciones relativas al acceso remoto

Para la mayoría de los osciloscopios preparados para el funcionamiento por GPIB es necesario adquirir por separado una opción de hardware.

Automatización (y conectividad)

¿Qué significa automatización (y conectividad)?

Automatización significa controlar un instrumento desde un PC a través de un entorno de programación como LabView™ de NI, MATLAB® de MathWorks o Python. Estos entornos envían comandos al osciloscopio mediante USB, Ethernet o GPIB.