Reducir a cero el tiempo ciego —la revolución en la depuración

¿Qué es el tiempo ciego?

Cuando se utiliza un osciloscopio es importante entender las dos fases principales de su intervalo de adquisición:

• muestreo
• procesamiento/visualización

Durante la fase de muestreo, el osciloscopio graba señales y formas de onda de su circuito o dispositivo. A continuación, se inicia la fase de procesamiento/visualización, y el muestreo se detiene. Esta pausa del muestreo es el tiempo ciego, y puede representar un verdadero problema para los ingenieros e investigadores. ¿Por qué? Porque, durante este tiempo, el osciloscopio no registra ninguna muestra nueva, y cualquier evento o señal importante se pierde. Si su osciloscopio tiene un tiempo ciego largo, es posible que al final acabe perdiendo información crítica. En algunos osciloscopios, el tiempo ciego puede ascender a más del 99 % del tiempo de adquisición total. Esto es demasiado tiempo de «ceguera».

El tiempo ciego depende de dos aspectos principales:

• El número de muestras que debe almacenarse y procesarse: cuanto mayor es el número de muestras, más largo será el tiempo ciego.
• La cantidad y el tipo de procesamiento: diferentes funciones de análisis y parámetros de procesamiento tienen diferentes requisitos de procesamiento. Por ejemplo, si se usa un ancho de banda de resolución menor con una transformada rápida de Fourier, el tiempo ciego aumentará considerablemente.

¿Qué es la frecuencia de actualización del osciloscopio?

A la hora de elegir un osciloscopio, uno de los factores clave a considerar es la frecuencia de actualización, es decir, con qué rapidez puede el instrumento disparar, procesar y visualizar formas de onda secuenciales. Cuanto más alta es la frecuencia de actualización, mejor, ya que esto significa que será capaz de completar sus pruebas más rápidamente y con mayor confianza en sus resultados.

La frecuencia de actualización es inversamente proporcional al tiempo de adquisición total: cuanto más largo es el tiempo de adquisición total (que incluye tanto el tiempo de muestreo como el tiempo de procesamiento/visualización), más baja es la frecuencia de actualización. Como hemos visto, el tiempo ciego es un factor importante para determinar el tiempo de adquisición total. Por lo tanto, cuanto más largo es el tiempo ciego, más largo es el tiempo de adquisición total y más baja es la frecuencia de actualización. Por este motivo es tan importante elegir un osciloscopio con tiempo ciego corto. Al reducir al mínimo el tiempo durante el cual el osciloscopio no adquiere nuevas muestras, puede acortar el tiempo de adquisición total y aumentar la frecuencia de actualización. Esto, a su vez, le ayudará a obtener resultados más precisos y fiables y a reducir el tiempo total necesario para finalizar sus proyectos.

Si está buscando un osciloscopio con una excelente frecuencia de actualización, eche un vistazo al R&S®MXO 4: ofrece la más alta frecuencia de actualización máxima en tiempo real del mundo —graba, procesa y visualiza hasta más de 4 600 000 formas de onda por segundo.

Minimizar el tiempo ciego: ¿es posible reducir el tiempo ciego a cero?

Lamentablemente, ningún osciloscopio puede alcanzar un tiempo ciego realmente nulo, pero algunos instrumentos modernos se acercan mucho, con tiempos ciegos en el rango de los nanosegundos. Por ejemplo, el R&S®MXO 4 ofrece un tiempo ciego mínimo de menos de 21 ns entre adquisiciones consecutivas y la frecuencia de actualización más rápida del mundo. Este extraordinario resultado se debe principalmente a su circuito integrado de aplicación específica (ASIC) de alto rendimiento. Un ASIC brinda un procesamiento de señales más rápido y eficiente, y para el fabricante es una de las principales formas para reducir el tiempo ciego de un osciloscopio. Las generaciones más antiguas utilizaban hardware genérico para el procesamiento de señales y el control. Esto limitaba las capacidades del osciloscopio, y hacía imposible la adquisición de datos a alta velocidad y el procesamiento de señales en tiempo real. Un ASIC diseñado específicamente para un osciloscopio puede incorporar hardware dedicado para el procesamiento de disparo o la adquisición de datos, y puede realizar estas funciones de forma mucho más eficiente que un procesador genérico, reduciendo así el tiempo ciego.

Algunos osciloscopios incluyen funciones diseñadas para reducir el tiempo ciego:

• Memoria segmentada: el osciloscopio solamente registra las partes de la señal de interés para el usuario e ignora el resto. Esto puede reducir de forma considerable la cantidad de datos que tiene que procesar el osciloscopio.
• Muestreo intercalado: el osciloscopio usa varios ADC (convertidores analógico-digital) para muestrear la señal en momentos que varían ligeramente, y después combina estas muestras para crear una imagen más completa de la señal.
• Procesamiento en paralelo: el osciloscopio tiene varios caminos de procesamiento, de modo que puede procesar un segmento de datos mientras captura otro.
• Alta frecuencia de muestreo: el osciloscopio puede capturar y procesar los datos con mayor rapidez.

Otra posibilidad consiste en optimizar los ajustes del osciloscopio para reducir el tiempo ciego. Por ejemplo, si solo le interesa una parte concreta de su señal, puede adaptar los ajustes para enfocar dicha parte. Esto implica también adaptar los ajustes de base de tiempo y los ajustes de disparo para focalizar la parte relevante de la señal.

Ventajas de un tiempo ciego corto para la depuración

Imagínese un mundo donde pudiera capturar cada glitch, pico de tensión o señal de alta frecuencia sin esfuerzo. Demasiado bueno para ser verdad, ¿no le parece? Pues bien, no es así. Con un tiempo ciego casi nulo, los osciloscopios modernos como el R&S®MXO 4 pueden hacer que este sueño se convierta en realidad.

En el mundo de la depuración, un tiempo ciego corto es toda una revolución. Reduce al mínimo las posibilidades de omitir eventos esporádicos y transitorios como glitches o picos de tensión. Esto es de especial importancia en aplicaciones como la electrónica de potencia, donde se dan señales de conmutación de alta frecuencia.

Un tiempo ciego corto también simplifica el análisis de señales complejas. Con una frecuencia de actualización más alta se pueden capturar más formas de onda observadas en una sola ventana de observación, lo que facilita una representación más precisa y detallada de la señal. Observe la imagen más abajo. La forma de onda capturada con una frecuencia de actualización más rápida es más precisa y detallada que la que se ha capturado con una frecuencia de actualización más lenta. Esto resulta especialmente útil para eventos de ruido o pequeños e infrecuentes, que fácilmente podrían pasarse por alto con una frecuencia de actualización inferior. La frecuencia de actualización más alta también permite disparar en estos eventos. Esto puede resultar fundamental para muchas aplicaciones diversas, como las comunicaciones digitales, donde la calidad de la señal es esencial para el rendimiento.

Otras ventajas de un tiempo ciego corto

Un tiempo ciego corto reduce el tiempo de prueba, no solo al facilitar la depuración, sino también porque mejora la usabilidad y la capacidad de reacción del instrumento. La mayoría de los osciloscopios modernos priorizan el procesamiento de la forma de onda frente a la interfaz de usuario. En la práctica, esto significa que un osciloscopio solamente actualiza su visualización y reacciona a las entradas del usuario al final de su tiempo ciego. Por lo tanto, un tiempo ciego inferior hace que el osciloscopio responda mejor, tanto en la visualización como en el control. Lógicamente, esto alivia la frustración y reduce la probabilidad de errores del usuario.

La alta fiabilidad estadística es otra de las ventajas de un tiempo ciego más corto. Los osciloscopios se emplean a menudo para generar datos estadísticos, y cada adquisición se trata como una muestra de la señal de entrada. Cuantas más muestras haya, menor es el intervalo de confianza, y esto aumenta la fiabilidad de que la estadística medida se aproxime bastante a los valores reales.