Si bien la mayoría de las noticias relativas a los nuevos desarrollos en osciloscopios se centran en los productos de varios GHz de ancho de banda, lo cierto es que más del 50% de las medidas realizadas con este tipo de equipos se llevan a cabo en frecuencias inferiores a 500 MHz. Las aplicaciones a estas frecuencias abarcan un amplio espectro de industrias y tecnologías, incluyendo muchas que quedan fuera de lo que se considera tradicionalmente la industria de la Electrónica.
Aparte de sectores como los de los micro-controladores embebidos o la (electrónica en) automoción, muchas aplicaciones industriales genéricas incluyen cada día más una alta componente mecatrónica, en la que parámetros físicos propios de elementos mecánicos como motores o actuadores interactúan con múltiples señales de control, que pueden ser analáogicas, digitales y de alta potencia. Del mismo modo, las medidas en variadores de velocidad e inversores implican a menudo señales de generadores eléctricos trifásicos, por lo que cada entrada o salida a medir supone tres señales separadas.
En este contexto, un número cada vez mayor de usuarios de osciloscopios están descubriendo que los equipos de cuatro canales que venían utilizando hasta ahora, y que eran la norma desde hace décadas, ya no son suficientes. Por supuesto, ya existían instrumentos con seis, ocho o más canales, pero se trata de registradores o analizadores que no ofrecen el suficiente ancho de banda y/o velocidad de muestreo. Algunos usuarios de osciloscopios consiguen ocho canales combinando dos equipos de cuatro canales, pero este método requiere la perfecta sincronización entre ambos instrumentos, algo que normalmente sólo es posible en condiciones de laboratorio estrictamente controladas.
Los siguientes comentarios de usuarios reales ilustran los retos que suponen los osciloscopios de únicamente cuatro canales, en diferentes industrias:
• “Desarrollamos sistemas de control de motores, por lo que normalmente necesitamos medir tres corrientes, tres tensiones, y otros dos canales para tensiones de enlace.”
• “Tenemos que observar el detalle de las formas de onda de más de cuatro señales de la unidad de control de la máquina, así como señales de sensores de velocidad de giro, inyección de combustible, ángulo del cigüeñal, etc.”.
Ocho canales son la solución
Para hacer frente a estos desafíos, Yokogawa ha desarrollado una nueva generación de osciloscopios de 8 canales (Fig. 1), que ofrecen funciones integrales de medida en sistemas embebidos, y aplicaciones de electrónica de potencia y mecatrónica.
La nueva familia comprende dos modelos, con anchos de banda de 350 y 500 MHz, y una velocidad de muestreo de hasta 1.25 Gmuestras/seg, ampliable a 2.5 G si se emplea intercalado o interleaving. Se pueden utilizar simultáneamente los 8 canales analógicos, ó 7 de ellos en conjunción con una entrada digital de 8 bits, que en el futuro será posible ampliar, de manera opcional, a 24 bits.
De esta forma, los nuevos osciloscopios no sólo proporcionan suficientes canales para aplicaciones análogicas (p.e., tensiones y corrientes de un sistema trifásico): también permiten al usuario analizar la forma de onda de señales digitales, ayudándolo así a depurar problemas típicos de estas señales (p.e., los glitches son normalmente debidos al ruido y al crosstalk, que no es visible en los “1”s y “0”s que conforman la señal digital).
Estos osciloscopios incorporan además una longitud de memoria extraordinariamente grande (hasta 62.5 Mpuntos por canal, 125 Mpuntos en modo intercalado o interleave), permitiendo adquirir múltiples formas de onda durante periodos más largos de tiempo. La función de Histórico, que no reduce en modo alguno la velocidad adquisición, permite guardar hasta 20,000 formas de onda previamente capturadas (Fig. 2).
Estas 20,000 formas de onda se pueden luego representar una a una, o de manera simultánea (haciendo sumamente fácil la detección de anomalías en –algunas de- ellas). Esta función de Histórico, en combinación con la potente capacidad de búsqueda del DLM4000, permite al usuario descubrir anomalías de manera muy rápida y en todo tipo de circunstancias (por ejemplo, cuando el aspecto de estas anomalías es aún desconocido y se hace imposible definir un trigger acorde con ellas). Las funciones de análisis y medidas avanzadas incluyen histogramas y tendencias, filtros digitales, 2 ventanas de zoom en tiempo real, funciones matemáticas definibles por el usuario y análisis de buses serie. Los equipos cuentan con una gran pantalla (12.1 pulgadas) XGA de alta resolución, pero a pesar de ello su tamaño es compacto, con menos de 18 cm de profundidad y un peso de tan sólo 6.6 Kg. La pantalla dispone de un mallado muy fino, y altas luminancia y ángulo de visión. Además, los botones están retroiluminados, se dispone de joystick, y los menús están disponibles en inglés, alemán, francés, italiano y español.
Hay disponibles una gran variedad de triggers sumamente fáciles de configurar, y que pueden combinar señales analógicas y digitales (incluyendo señales de buses serie específicas, para FlexRay, CAN, LIN, UART, I2C y SPI, siendo posible el análisis simultáneo de dos buses). Estos triggers se complementa con la función de Búsqueda, que permite buscar datos específicos en toda la forma de onda registrada.
Aplicación: sistemas embebidos
A medida que los sistemas de control embebidos se hacen más sofisticados y complicados, se emplean en ellos más señales de entrada y salida (Fig. 3). Además, debido al ruido introducido por inversores u otras fuentes de alimentación, se hace necesario un gran ancho de banda y una alta velocidad de muestreo para observar con fidelidad todas esas señales. En las unidades de control del motor (ECUs) empleadas en automoción, por ejemplo, es necesario capturar las formas de onda para desarrollar y depurar el software de éstas. Por desgracia, ni un osciloscopio mixto convencional de 4 canales, ni un registrador o sistema de adquisición de datos rápido cumplen estos requisitos, en términos de ancho de banda, velocidad de adquisición y número de canales.
Ahora sin embargo, con los osciloscopios DLM4000 de 8 canales y 24 bits, es posible llevar a cabo medidas integrales y eficientes. Pueden capturarse múltiples formas de onda de manera simultánea y, registrando además las señales lógicas y de bus, los efectos en la calidad de las señales de fenómenos como las sobretensiones o el ruido pueden ser evaluados y compensados para contribuir a una mejora global en la fiabilidad del sistema. Un beneficio adicional en el sector de la automoción es que hasta dos buses CAN, LIN, FlexRay, I2C, SPI o UART (RS232) pueden ser decodificados y mostrados en tiempo real. Los hasta 62.5 Mpuntos de memoria por canal permiten medidas durante largos periodos, incluso a la más alta velocidad de muestreo. Así, tanto los fenómenos lentos de equipos mecánicos como las rápidas señales eléctricas del controlador pueden medirse al mismo tiempo. Para medidas en tiempos aún mayores, y combinando señales físicas (aceleraciones, deformaciones…), es posible combinar el DLM4000 con el ScopeCorderTM DL850.
