osciloscopio del educador (DSOXEDK)
B Tutorial del ancho de banda
del osciloscopio
Diagrama de bloques y
teoría de la operación del
osciloscopio
Diagrama de bloque del osciloscopio
de almacenamiento digital
(DSO)
Bloque del conversor de analógico a digital (ADC)
los bloques amarillo representan a los componentes del sistema distintivos de un canal de adquisición único
Los bloques de color azul
representan los componentes del sistema
que son comunes entre todos los
canales de adquisición
CPU y la base de tiempo común del
osciloscopio.
como Canal 1 o Canal 2
es el núcleo o componente central de todos los DSO
convierte la entrada analógica en una serie de palabras digitales.
utilizan ADC de 8 bits
proporcionan 256 códigos o niveles
únicos de salida digital
Bloque atenuador
una red de divisores de resistencia que sirve
para escalar la señal de entrada a fin
Al introducir
una señal de entrada de nivel alto, tal como 40 Vpp,
que esté dentro del rango dinámico del
ADC y amplificador análogo de ganancia variable del osciloscopio
el nivel de señal debe
reducirse (atenuado).
Si ingresa una señal de entrada de nivel bajo
la señal de entrada se pasa a través del amplificador sin
atenuación (1:1)
Bloque de compensación de CC
una señal con Compensación de CC
debemos agregar una compensación de CC interna de la
polaridad opuesta a la seña
como una señal digital que
oscila entre 0V a 5V,
para cambiar la señal de entrada para que
esté dentro del rango dinámico del ADC
el acoplamiento de CA se
puede seleccionar para eliminar el componente de CC de la señal de entrada
Bloque amplificador
etapa final de procesamiento analógico
para escalar la señal de entrada a fin de
que esté dentro del rango dinámico del sistema ADC
es el amplificador de
ganancia variable del osciloscopio
Si ingresa una señal de entrada de nivel muy
bajo,
el ajuste V/div se establecería en un valor relativamente bajo.
Si ingresa una señal de entrada de nivel muy alto
el ajuste V/div se establecería en un valor relativamente alto
Bloques lógicos de disparo y comparador de disparo
su objetivo es establecer un punto único en el tiempo en la señal de entrada
Supongamos que la señal de entrada es una onda sinusoidal y que desea disparar
adquisiciones en el borde ascendente de la onda sinusoidal a un nivel del 50%.
la salida no invertida del comparador de disparo sería una onda
cuadrada con un ciclo de trabajo del 50%.
Si establece el nivel de disparo por
encima del nivel del 50%,
si establece el nivel de disparo por
debajo del nivel del 50%
la salida no invertida del comparador de
disparo sería inferior al 50%.
la salida no invertida sería superior al 50%.
Bloques de la memoria de adquisición y base de tiempo
controla cuando se inicia y se detiene el muestreo
ADC en relación con el evento de disparo
controla la frecuencia de muestreo del ADC
basado en la profundidad de la
memoria de adquisición disponible
Cuando se pulsa la tecla Run
el bloque de base de tiempo permite almacenar de
manera permanente
los datos digitalizados en la memoria de adquisición
“circular” del osciloscopio a la frecuencia de muestreo apropiada (100 kSa/s)
Bloque DSP (pantalla)
Una vez finalizada la adquisición
el bloque DSP (pantalla) vuelve atrás los datos
almacenados en el bloque de memoria de adquisición en una secuencia LIFO
puede
realizar el procesamiento de señales digitales en los datos almacenados
como si ejecutara un filtro de reconstrucción digital Sin(x)/x
“canalizar” los datos almacenados y/o procesados en la memoria de
visualización de píxeles del osciloscopio
Definición de ancho de banda del osciloscopio
La menor frecuencia a la que se atenúa la señal de entrada en 3 dB es el ancho de
banda del osciloscopio (fBW).
La atenuación de la señal
en una frecuencia de -3 dB
los osciloscopios presentan una respuesta de frecuencia de paso bajo que se atenúa en las frecuencias más altas
se traduce en aproximadamente un error de amplitud de -30%
Los osciloscopios con una respuesta de
frecuencia de tipo Gauss
tienen un tiempo de elevación de alrededor de
0,35/fBWbasado en un criterio de 10% a 90%
Ancho de banda requerido
para aplicaciones analógicas
es recomendable que el ancho de banda del osciloscopio sea al menos tres veces superior a la frecuencia
de la señal de entrada más alta
se muestra una prueba de respuesta de frecuencia medidaen un osciloscopio Keysight con un ancho de banda de 1 GHz
Aunque este factor de multiplicación “3X”
no se usa
Respuesta de frecuencia real de un osciloscopio Keysight con un ancho de banda
de 1 GHz
en aplicaciones digitales basadas en frecuencias de reloj o
velocidades de borde
se aplica a aplicaciones analógicas,
como la RF
modulada
Ancho de banda requerido para aplicaciones digitales
Recomendación de uso común
el ancho de banda de su osciloscopio debe
ser por lo menos cinco veces superior a la frecuencia más rápida de reloj digital
Paso 1: Determinar las velocidades reales de borde más rápidas
entonces será
capaz de capturar hasta el quinto armónico con una atenuación mínima de la señal
debemos determinar la frecuencia máxima presente en las señales digitales
no es la frecuencia máxima del reloj
La frecuencia máxima se basará en las
velocidades de borde más rápidas en sus diseños
lo primero que tiene que
hacer es determinar los tiempos de elevación y caída de sus señales más rápidas
Paso 2: Calcular fcorte
A continuación, puede utilizar una fórmula sencilla para calcular el componente
de frecuencia
Todos los bordes rápidos tienen un espectro infinito de componentes de
frecuencia.
Sin embargo, hay una inflexión (o "corte") en el espectro de frecuencia
de los bordes rápidos donde los componentes de frecuencia por encima de f corte
son insignificantes para determinar la forma de la señal.
Paso 3: Calcular el ancho de banda del osciloscopio
determinar el el ancho de banda del osciloscopio necesario para
medir esta señal
según el grado deseado de exactitud al medir tiempos de
elevación y caída
factores de multiplicación para diversos
grados de precisión para osciloscopios
Comparaciones de las mediciones de reloj digital
resultados de la forma de onda al medir una señal de
reloj digital de 100 MHz
con velocidades de bordes rápidas utilizando un
osciloscopios con un ancho de banda de 100 MHz
este
osciloscopio principalmente sólo pasa a través de los 100 MHz fundamentales de
esta señal de reloj
Usando un osciloscopio con un ancho de banda de 500 MHz
este osciloscopio es capaz de capturar hasta el quinto armónico
cuando medimos el tiempo de elevación,
vemos que el osciloscopio mide aproximadamente 750 ps
El osciloscopio en realidad mide algo más cercano a su propio tiempo
de elevación (700 ps), no el tiempo de elevación de la señal
En este caso, el
osciloscopio no realiza una medición muy precisa en el tiempo de elevación de esta señal
Cuando se utiliza un osciloscopio con un ancho de banda de 1 GHz para capturar
este reloj digital de 100 MHz
el resultado es que ahora tenemos una idea mucho
más precisa de esta seña
Podemos medir
tiempos de elevación y caída más rápidos
se observan menos sobredisparos, e
incluso podemos observar sutiles reflejos