Los osciloscopios son un equipo esencial que se utiliza en los laboratorios de electrónica para la resolución de problemas y análisis de señales en una PCB. A continuación se presenta mayor información sobre para qué se utiliza un osciloscopio y los diferentes tipos de osciloscopios digitales que existen.
Hay diferentes tipos de osciloscopios, no solo existen los tan mencionados analógicos y digitales, sino también existen de señal mixta, osciloscopios de muestreo, de fósforo, almacenamiento digital, portátiles y osciloscopios para PC o de USB.
Osciloscopios de memoria digital (DSO – Digital Storage Oscilloscopes)
Un osciloscopio digital convencional se conoce como osciloscopio de almacenamiento digital (DSO). Utiliza una arquitectura de procesamiento en serie, como se observa en la figura 1.
La mayoría de los osciloscopios digitales son osciloscopios de almacenamiento digital. Los osciloscopios de almacenamiento digital pueden capturar eventos transitorios y almacenar esos eventos para análisis, archivo, impresión u otro procesamiento. Estos tienen almacenamiento permanente para grabar señales y se pueden descargar a otros medios para su almacenamiento y análisis.
Los osciloscopios de almacenamiento digital son los caballos de batalla del diseño digital del mundo real donde se analizan dos, cuatro o más señales simultáneamente gracias a sus precios accesibles y su gran utilidad. En la marca Siglent contamos con algunos modelos de osciloscopios de memoria digital como lo son: SDS1102CML+ y SDS1052DL+
Osciloscopios de fósforo digital (DPO – Digital Phosphor Oscilloscope)
A diferencia de un osciloscopio analógico, los osciloscopios de almacenamiento digital (DSO) no pueden mostrar el nivel de intensidad de una señal en tiempo real, es por ello que se crearon los osciloscopios de fósforo o super fósforo digital los cuales tienen un almacenamiento digital pero con una arquitectura distinta que permite visualizar las diferentes intensidades de una señal (como se apreciaría en un osciloscopio analógico).
Los osciloscopios de fósforo digital permiten una captura y análisis de señales más rápidos que los osciloscopios de almacenamiento digital estándar. Gracias a su arquitectura los DPO ofrecen capacidades únicas de adquisición y visualización para reconstruir con precisión una señal, esto se debe a que utilizan una solución ADC de procesamiento paralelo (Observar figura 2) lo que permite ofrecer velocidades de muestreo más altas, y a su vez un mejor nivel de rendimiento de visualización de la señal que tiene la apariencia de tiempo real en comparación con los DSO que su procesamiento de captura es en serie.
Los osciloscopios digitales de fósforo son similares a los osciloscopios analógicos en la visualización de la intensidad de una señal. Estos osciloscopios duplican el efecto del fósforo almacenando una base de datos de los valores de las formas de onda repetidas y aumentando la intensidad en la pantalla donde las formas de onda se superponen. Un ejemplo de osciloscopios que tienen esta característica son el modelo SDS1104X-U y la serie SDS1000X-E, en caso de querer mayor velocidad de muestreo la serie SDS2000X-E y SDS2000X Plus son las indicadas ya que tienen un sampling rate de 2 GSa/s.
Al igual que un osciloscopio analógico, un osciloscopio de fósforo digital puede revelar transitorios al mostrar el nivel de intensidad. Sin embargo, puede pasar por alto los transitorios que ocurren fuera de la ventana de captura de datos y su tasa de actualización.
Los osciloscopios de fósforo digital combinan las características de los osciloscopios de almacenamiento digital y la tecnología de osciloscopios analógicos. Estas cualidades son excelentes para el diseño de propósito general, temporización digital, análisis avanzado, pruebas de comunicación y resolución de problemas.
Osciloscopios de muestreo
Los osciloscopios de muestreo digital tienen una técnica de entrada ligeramente diferente que intercambia un ancho de banda más alto por un rango dinámico más bajo (es decir, admite a su entrada señales de un voltaje pequeño). La entrada no está atenuada ni amplificada, por lo que el osciloscopio debe manejar el rango completo de la señal de entrada, que generalmente se limita a aproximadamente 1 voltio pico a pico.
Los osciloscopios de muestreo digital solo funcionan con señales repetitivas y no ayudarán a capturar transitorios más allá de la frecuencia de muestreo normal. Por otro lado, los osciloscopios de muestreo digital pueden capturar señales que son un orden de magnitud más rápido que otros tipos de osciloscopios con anchos de banda superiores a 80 GHz.
En contraste con las arquitecturas de los osciloscopios de almacenamiento digital y DPO, la arquitectura del osciloscopio de muestreo digital invierte la posición del atenuador-amplificador y el puente de muestreo (Figura 3). La señal de entrada se muestrea antes de realizar cualquier atenuación o amplificación. Se puede usar un amplificador de ancho de banda bajo después del puente de muestreo porque la señal ya ha sido convertida a una frecuencia más baja por la puerta de muestreo, lo que resulta en un instrumento de ancho de banda mucho mayor.
Al medir una señal de alta frecuencia, es posible que el DSO o el DPO no puedan recolectar suficientes muestras en un barrido. Un osciloscopio de muestreo digital es una herramienta ideal para capturar con precisión señales cuyos componentes de frecuencia son mucho más altos que la frecuencia de muestreo del osciloscopio.
Osciloscopio de señal mixta (MSO – Mixed signal oscilloscope)
Los osciloscopios de señal mixta son la perfecta combinación entres un osciloscopio digital (DPO) y un analizador lógico de 16 canales, incluida la decodificación y activación del protocolo de bus paralelo-serie
Un MSO es ideal para verificar y depurar circuitos digitales, los modelos que cuentan con esta característica son: SDS1052DL+ y SDS1102CML+ de 50 y 100 MHz respectivamente.
Existe una combinación muy particular la cual une un MSO (osciloscopios de señal mixta) y un DPO (osciloscopios de fósforo), tal es el ejemplo del siguiente modelo de osciloscopio de la marca Siglent: SDS1202X-E (con ancho de banda de 200 MHz y 2 canales analógicos y 16 entradas digitales y una memoria de 7 Mpts con una velocidad de muestreo de 1GSa/s)
Si lo que se busca es mayor velocidad pero con la ventaja de las características de SPO y MSO existen los modelos SDS2202X-E y SDS2352X-E con anchos de banda de 200 y 350 MHz respectivamente y una velocidad de muestreo de 2 GSa/s y memoria de 28 Mpts/CH (incluye también 2 canales analógicos y 16 entradas digitales).
Pero si se requiere mayor números de canales analógicos y mayor memoria de muestreo existen dos excelentes modelos: el SDS2204X Plus y SDS2354X Plus con un ancho de banda de 200 y 350 MHz respectivamente respectivamente, con una gran memoria de muestreo de 200 Mpts/ch y 4 canales analógicos + 16 entradas digitales y una memoria de muestreo de 2 GSa/s.
Osciloscopio basado en PC (Osciloscopio USB)
Los osciloscopios basados en computadora son pequeños dispositivos externos que se conectan a una computadora a través de USB. Estos tipos de osciloscopios han experimentado mejoras significativas en las velocidades de muestreo y el ancho de banda a lo largo de los años.
Utilizando la potencia de una PC, este tipo de osciloscopio es capaz de proporcionar el rendimiento de muchos osciloscopios pero sin la necesidad de todo el procesamiento que normalmente se requiere. Se conecta a una PC mediante un enlace USB y utiliza la PC para su visualización, lo que resulta ventajoso ya que no se necesita alimentación extra para el osciloscopio. Normalmente, los osciloscopios USB de gran calidad poseen en su interior un FPGA, y este se encarga de todo el procesamiento de la señal.
Osciloscopios portátiles
Los osciloscopios portátiles u osciloscopio de mano están disponibles para aplicaciones de prueba y de campo donde los osciloscopios más voluminosos son difíciles de manejar o no hay tomas de corriente disponibles. Por lo general, contienen dos entradas y tienen frecuencias de muestreo y ancho de banda un poco limitados.
Existen algunos que incluyen multímetro e incluso hasta generador de funciones. En Siglent el SHS815 brilla por ser un osciloscopio portátil (osciloscopio de mano) con un multímetro integrado y un registrador de formas de onda, su nivel de rendimiento está a la altura de los modelos de alta calidad.
Con características estándar de la industria como ancho de banda de 150MHz, capacidades de uno y dos canales y una profundidad de memoria general de 2 Mpts, este modelo es una opción segura y confiable. Su pantalla a todo color de 5,7 pulgadas facilita la grabación y revisión de formas de onda. Su modo multímetro puede medir voltaje y corrientes CC/CA, diodos, capacitancia y continuidad. Y tiene una frecuencia de muestreo en tiempo real de 1 GSa/s en el canal único.
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