Podemos contar em nossos dias com excelentes osciloscópios digitais e a custos bastante acessíveis. Os osciloscópios mais comuns são os de amostragem, uma técnica bastante eficiente que possibilita não só a observação das formas de onda, mas muito mais. Neste artigo analisamos essa tecnologia tomando como base o osciloscópio de amostragem MP77200009 da Multicomp, que recebemos recentemente para equipar nosso laboratório e eventualmente fazer muitos artigos.
Os osciloscópios de amostragem de tempo equivalente e os osciloscópios de tempo real são diferentes. A decisão de qual tipo usar está diretamente relacionada com o tipo de trabalho a ser realizado.
Desta forma, neste artigo veremos o modo de funcionamento de cada um dos tipos, para que o leitor tenha uma ideia do que seu osciloscópio pode fazer.
O osciloscópio de tempo real
O osciloscópio de tempo real nada mais do que um conversor analógico para digital que constantemente captura o sinal a ser analisado, normalmente um ciclo completo, num processo de gravação contínua.
A taxa de amostragem deve ser extremamente alta, para que o maior número possível de pontos do sinal seja armazenado numa memória que deve ser igualmente muito grande. Normalmente a taxa de amostragem deve ser pelo menos 3 vezes maior do que a frequência do sinal que deve ser observado.
Por exemplo, para um sinal de 300 MHz, a taxa de amostragem está em torno de 1 GHz. Este tipo de osciloscópio também é denominado de disparo único ou “one shot”.
Assim, ele pode ser disparado na Um osciloscópio de tempo real pode ser disparado na chegada dos dados propriamente ditos, ou mesmo quando a amplitude do sinal de entrada atinge um determinado valor. Neste ponto, o osciloscópio começa a converter a forma de onda analógica para dados digitais numa velocidade não sincronizada e, portanto, não relacionada com a taxa de dados do sinal de entrada.
Esta taxa de conversão, conhecida como taxa de amostragem, é tipicamente derivada de um sinal de clock interno. O osciloscópio amostra a amplitude do sinal de entrada e armazena o valor na memória, e continua com a próxima amostragem, como ilustrado na figura 1.
A principal tarefa do disparo é fornecer um ponto de referência de tempo horizontal para os dados de entrada.
Uma amostragem por ciclo
Um osciloscópio de tempo de amostragem equivalente, algumas vezes simplesmente chamado osciloscópio de amostragem ou sampling oscilloscope, mede apenas a amplitude instantânea da forma do sinal no instante da amostragem. Em contraste com um osciloscópio de tempo real, o sinal de entrada é amostrado apenas uma vez por pulso de disparo. No momento seguinte em que o osciloscópio é amostrado, um pequeno retardo é adicionado e uma outra amostragem tomada.
O número de amostragens visado determina o número de ciclos necessário para reproduzir a forma de onda. A largura da faixa de medida é determinada pela resposta de frequência do amostrador que atualmente pode ser estendida a dezenas de GHz.
Metodologia de Amostragem
O disparo e a amostragem subsequente para um osciloscópio de amostragem de tempo equivalente é diferente de um osciloscópio de tempo real de diversas formas.
Por exemplo, o osciloscópio de amostragem de tempo equivalente precisa de um disparo explícito para operar e este disparo precisa estar sincronizado com os dados de entrada. Tipicamente, este sinal é fornecido pelo usuário usando um modulo de hardware denominado clock de recuperação. A amostragem opera da seguinte maneira: um evento de disparo inicia a aquisição da primeira amostra e então o osciloscópio rearma e espera por outro evento de disparo.
O tempo de rearme é de tipicamente 25 us. O evento seguinte de disparo inicia a segunda aquisição e acrescenta um retardo preciso antes de amostrar o segundo ponto de dados. Este tempo de retardo incremental é determinado pela base de tempo ajustada e o número de tempo de amostragem. Este processo, que é ilustrado na figura 2, é repetido até que a forma de onda inteira seja adquirida.
Disparo no osciloscópio de amostragem de tempo equivalente
Existem duas maneiras de se disparar um osciloscópio de amostragem, e os resultados obtidos são diferentes quanto ao formato de vídeo, tanto uma corrente de bits ou um diagrama de olho. Ver os bits individuais no sinal permite ao usuário ver as dependências do padrão no sistema, mas não permite para alta resolução com um número elevado de bits.
De modo a visualizar um trem de bits, o disparo deve pulsar apenas uma vez durante o período do padrão de entrada e deve estar na mesma localização relativa no padrão de bits para cada evento. O sinal de entrada é então amostrado e sob a presença do evento seguinte de disparo, o retardo incremental é somada e o trem de bits é amostrado até que a forma de onda inteira seja adquirida. De modo a se visualizar o trem de bits num osciloscópio de tempo equivalente, deve-se ter uma forma de onda repetitiva; de outra maneira um osciloscópio de tempo real será necessário. O processo de disparo para mostrar uma forma de onda do trem de bits é mostrado na figura 3.
O diagrama de olho
A outra forma de se visualizar o sinal é o diagrama de olho. Este modo não exige uma forma de onda repetitiva e pode ajudar a determinar ruído, jitter, distorção e intensidade de sinal entre muitas outras medidas. Ele fornece uma vista estatística da performance do sistema já que ele se parece como uma cobertura de todas as combinações de bits na corrente de bits.
O disparo necessário para este modo é um sinal de clock assíncrono. Em cada evento de disparo, permitindo o tempo de rearme, o osciloscópio amostra os dados e constrói a combinação de todas as combinações possíveis de 0 e 1 na tela. Clocks de taxa máxima assim como clocks com taxas divididas podem ser usados para disparo, no entanto se o comprimento do padrão é um número ímpar da taxa de divisão do clock, o diagrama de olho pode ter a ausência de combinações e dessa forma será incompleto.
Além disso, se os dados forem usados como seu próprio disparo, o diagrama de olho deve aparecer completo, mas o osciloscópio somente será disparado nas frontes positivas do padrão de dados. Isso deve ser evitado para se obter medidas precisas com o diagrama de olho. O processo de disparo para se obter um diagrama de olho é mostrado na figura 4.
Olhos em tempo real
É importante notar que um diagrama de olho pode ser visto nos novos osciloscópios em tempo real. Estes diagramas de olhos em tempo real ou single-shot (disparo único), são construídos usando um clock recuperado por software ou um clock explícito externo, fornecido pelo usuário. O osciloscópios em tempo real fatia uma longa forma de onda de captura única em tempos iguais ao ciclo do clock recuperado e sobrepõe estes bits para recriar o diagrama de olho.
Vantagens dos osciloscópios em tempo real:
• Capacidade de mostrar eventos transientes que ocorram uma vez
• Não necessita de disparo explícito
• Não precisam de formas de onda repetitivas
• Medem o jitter ciclo por ciclo diretamente
• Grandes comprimentos de gravação/memória profunda
• Ótimo para reparação
Vantagens do Osciloscópio por Tempo Equivalente
• Baixas taxas de amostragem possibilitando conversão ADC de alta resolução
• Largura de faixa maior
• Piso de ruído mais baixo
• Jitter intrínseco mais baixo
• Pode incluir módulos frontais e ópticos
• Pode ser usado para TDR para obter medidas de impedância e parâmetro S]
• Pode alcançar soluções a preço reduzido.
Osciloscópio Multicomp Pro
Uma excelente série de osciloscópios de armazenamento digital a custo acessível que recomendamos é a série de dois canais MP7200xx da Multicomp.
Esta série é formada por 3 tipos, de 20 MHz, 50 MHz e 100 MHz com as designações MP72009 US, MP720010 US e MP720011 de 100 MHz.
São osciloscópios de amostragem com taxas de amostragem de 100 MS/s a 1 GS/s e uma tela LCD colorida de 7 polegadas de alta resolução *00 x 480 pixels). São osciloscópios ideais para o dia do profissional possibilitando o trabalho em circuitos de baixas, médias e altas frequências até os limites indicados.
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E se você quer examinar uma literatura mais completa com os recursos e o modo de usar, sugerimos consultar as próprias instruções de operação disponíveis no link:
