Realice la depuración con la seguridad que le ofrece la visibilidad de las formas de onda de 12 bits

Los sistemas electrónicos modernos son difíciles de depurar porque el comportamiento más crítico de las señales queda oculto en la forma de onda. Un riel de alimentación que parezca estable puede contener, no obstante, ondulaciones o transitorios breves. Una forma de onda de conmutación que parece correcta a escala completa puede presentar pequeñas perturbaciones que podrían revelar inestabilidad o problemas de sincronización. Para los ingenieros que trabajan en fuentes de alimentación, controladores de motores e interfaces de alta velocidad, el osciloscopio debe mostrar los detalles más sutiles de la forma de onda.

Los osciloscopios tradicionales de 8 bits dividen el rango vertical en 256 niveles discretos. Esto ha resultado suficiente para muchas tareas de depuración de carácter general, pero limita la capacidad para distinguir los detalles de las señales de baja amplitud cuando una forma de onda contiene componentes tanto grandes como pequeños. Los ingenieros suelen sortear esta limitación ampliando la imagen, modificando la escala vertical, calculando la media, aplicando filtros o realizando varias capturas. Esas técnicas pueden resultar útiles, pero también pueden ralentizar el proceso de depuración.

Un osciloscopio de alta definición de 12 bits modifica esa relación al dividir el mismo rango vertical en 4096 niveles. Esto proporciona a los ingenieros una visión más detallada de las pequeñas variaciones de señal que se superponen a las formas de onda de mayor amplitud. Facilita el análisis de la ondulación, el ruido, los transitorios, los efectos de modulación, las señales de salida de los sensores, el comportamiento de la integridad de la alimentación y las señales digitales en el límite. La gama de osciloscopios de 12 bits de Teledyne LeCroy se basa en esta ventaja, que combina una alta resolución vertical, adquisición de bajo ruido, capacidad para señales mixtas, herramientas de protocolo y opciones de análisis de potencia, todo ello adaptado a distintos requisitos de rendimiento.

¿Por qué es mejor la resolución de 12 bits?

La resolución vertical de un osciloscopio digital determina el grado de precisión con el que puede representar los cambios en la amplitud de la señal. Un osciloscopio de 8 bits divide el rango vertical seleccionado en 256 niveles discretos, mientras que un osciloscopio de 12 bits divide ese mismo rango en 4096 niveles. Esto hace que un osciloscopio de 12 bits tenga una resolución vertical 16 veces mayor que la de un osciloscopio de 8 bits en la misma escala de tensión.

Esta diferencia resulta fundamental cuando aparecen pequeños detalles de señal dentro de una forma de onda mucho más grande. Por ejemplo, si se configura un osciloscopio a 100 mV/div en ocho divisiones verticales, el rango vertical total es de 800 mV. Con esta configuración en un osciloscopio de 8 bits, cada paso de cuantificación es de aproximadamente 3.1 mV, mientras que en un osciloscopio de 12 bits, cada paso es de aproximadamente 195 µV. Por lo tanto, el osciloscopio de 12 bits puede mostrar cambios de amplitud mucho más pequeños antes de que se pierdan en la forma de onda digital.

Durante la depuración, esto puede ayudar a los ingenieros a detectar ondulaciones en un riel de alimentación, oscilaciones en un flanco de conmutación, pequeñas variaciones en la detección de corriente o ruido de bajo nivel que pueden resultar difíciles de distinguir en un osciloscopio de 8 bits. Una mayor resolución vertical no sustituye al ancho de banda, a la frecuencia de muestreo, a la técnica de medición ni al diseño de un front-end de bajo ruido, pero proporciona al sistema de adquisición más detalles con los que trabajar.

Por qué la profundidad de bits por sí sola no es suficiente

En el diseño de ADC, ha resultado difícil conseguir al mismo tiempo una mayor profundidad de bits y una mayor frecuencia de muestreo, razón por la cual la adquisición de alta resolución se ha asociado a modos de resolución con menor ancho de banda o mejorados mediante software. En dichos modos, un osciloscopio de 8 bits muestrea la señal y, a continuación, aplica un filtrado digital, un promediado o un procesamiento de respuesta de impulso finito para reducir el ruido y mejorar la resolución vertical. Estas técnicas pueden resultar útiles, pero implican una compensación en cuanto al ancho de banda.

El modelo HD4096 de Teledyne LeCroy resuelve este problema mediante una ruta de adquisición de alta definición basada en hardware. El HD4096 combina una conversión ADC de 12 bits, amplificadores de entrada con una elevada relación señal-ruido y una arquitectura de sistema de bajo ruido. El objetivo es mantener una resolución vertical precisa en el ancho de banda y la frecuencia de muestreo nominales, a fin de que los técnicos puedan utilizar una resolución de 12 bits durante la depuración en tiempo real, y no solo en el modo de procesamiento con ancho de banda reducido.

Por ejemplo, el WaveSurfer 4000HD y el HDO4000A de Teledyne LeCroy son dos familias de productos basadas en la arquitectura HD4096. La empresa sigue ofreciendo resolución mejorada mediante software (ERES) además de esta arquitectura de hardware. El filtrado digital puede mejorar aún más la resolución cuando la aplicación puede admitir la reducción del ancho de banda que ello conlleva. Esto resulta útil para pruebas más lentas o de un solo tiro.

Plataformas escalables de 12 bits para distintos flujos de trabajo de depuración

Las plataformas de osciloscopios de 12 bits de Teledyne LeCroy están diseñadas para satisfacer distintos requisitos de rendimiento. Los modelos WaveSurfer 4000HD y HDO4000A ofrecen un entorno basado en el HD4096 con funcionamiento MAUI/OneTouch, amplias pantallas táctiles, cuatro canales analógicos, opciones de señal mixta, decodificación en serie y opciones de análisis de potencia.

Las herramientas de prueba de Teledyne incluyen las familias T3DSO700HD, T3DSO1000HD, T3DSO2000HD y T3DSO3000HD, que incorporan la adquisición de 12 bits a configuraciones de banco de pruebas más accesibles, con diferentes compensaciones en cuanto a ancho de banda, profundidad de memoria, frecuencia de captura y capacidades de análisis integradas.

El WaveSurfer 4000HD es la plataforma más accesible para los ingenieros que desean disponer de una resolución de adquisición de HD4096 en un osciloscopio de laboratorio de cuatro canales. La gama incluye los modelos WaveSurfer 4024HD a 200 MHz, 4034HD a 350 MHz, 4054HD a 500 MHz y 4104HD a 1 GHz.

Figura 1: WaveSurfer 4024HD de Teledyne LeCroy con una frecuencia de 200 MHz y cuatro canales analógicos. (Fuente: Teledyne LeCroy)

Los cuatro modelos ofrecen una resolución vertical nativa de 12 bits, un módulo digital de señal mixta de 16 canales opcional y una pantalla táctil capacitiva de 12.1 pulgadas. Esta serie admite hasta 5 GS/s cuando se utilizan dos canales y 2.5 GS/s con los cuatro canales activos, con una memoria estándar de 12.5 Mpts por canal y hasta 25 Mpts en modo intercalado.

El HDO4000A pertenece a la misma clase de ancho de banda, de 200 MHz a 1 GHz, pero cuenta con más funciones. Aporta una mayor capacidad de frecuencia de muestreo, más opciones de memoria, una profundidad de banco compacta, capacidad para grandes desplazamientos, variantes de señal mixta, activación por zonas y un entorno de análisis más amplio.

Otras plataformas de 12 bits de Teledyne LeCroy son el T3DSO700HD y el T3DSO1000HD, que pueden utilizarse para la depuración diaria de sistemas embebidos, bancos de pruebas, interfaces de sensores y la validación básica de la comunicación en serie. Los modelos T3DSO2000HD y T3DSO3000HD amplían la gama T3 a aplicaciones de mayor rendimiento.

El T3DSO3000HD es la plataforma más potente de la serie T3 HD, con cuatro canales, una resolución vertical de 12 bits, opciones de ancho de banda de 200 MHz a 1 GHz, una frecuencia de muestreo de hasta 4 GS/s en modo intercalado y hasta 400 Mpts de memoria de adquisición por canal. Esta gran capacidad de memoria lo hace útil para la captura de registros prolongados, el análisis de eventos intermitentes y la validación de protocolos.

Al pasar de 256 a 4096 niveles verticales, las plataformas de osciloscopios de 12 bits de Teledyne LeCroy permiten identificar ondulaciones, ruido y efectos transitorios que pueden resultar difíciles de apreciar en un instrumento de 8 bits. Las familias WaveSurfer 4000HD y HDO4000A, basadas en el HD4096, combinan esta resolución con una adquisición de bajo ruido y herramientas de análisis avanzadas, mientras que la serie T3DSO HD amplía la visibilidad de 12 bits a una amplia gama de configuraciones de banco de pruebas.

Para obtener más información, consulte la sección de osciloscopios de 12 bits de Teledyne LeCroy.