Las mejoras introducidas en la serie de osciloscopios DS4000 para convertirlos en osciloscopios de señal mixta al incorporar 16 entradas digitaleshan generado comoconsecuencia un mayor desarrollo de la tecnología UltraVision. El objetivo era desvincular la CPU de los datos y de la carga que representan los cálculos de las entradas en la parte analógica, y ahora también de la digital.
¿Cuáles han sido los parámetros de caracterización de la serie DS4000, qué especificaciones ha definido principalmente la tecnología UltraVision o sobre qué especificaciones ha influido? ¿Qué se esconde tras el término UltraVision?
UltraVision de Rigol es una arquitectura de hardware y software que evita que la CPU embebida se sobrecargue debido a los procesos de manejo, cálculo y administración del enorme volumen de datos procedentes de la conversión A/D. Sin esta técnica el sistema funcionaría de forma más “lenta”. Por ejemplo, hay un controlador de muestreo integrado en el hardware que se encarga del almacenamiento de datos. La gran memoria de datos se conecta directamente a este controlador de muestreo con el fin de realizar una gestión más eficaz de los datos. Además, existe una sección de trazado de formas de onda especialmente incorporada para manejar la visualización de los datos junto con un almacenamiento de los datos de visualización por separado. Otras funciones como Disparo, decisión de Pasa/Falla o el control de la función Registro están integradas en la estructura de hardware y no utilizan los recursos del procesador. Todo el diseño está preparado para reducir al mínimo el impacto sobre la CPU del osciloscopio. Esto es necesario para permitir una elevada tasa de actualización de la forma de onda ya que cada acción de la CPU reduce la velocidad.
La tasa de actualización de la forma de onda – o tasa de captura de forma de onda – es una medida de la velocidad posible de adquisición y visualización de la curva. Cuanto mayor es el parámetro, con mayor rapidez se hallarán errores que se produzcan raramente en la señal. Rigol es capaz de alcanzar tasas de hasta 180.000 formas de onda por segundo. Con estas tasas Rigol alcanza el tercio superior dentro de todos los fabricantes de osciloscopios. Un efecto resultante de esto es que no solo se ve una curva en pantalla sino todo un conjunto de curvas. Por tanto, la curva visualizada aparece más ancha y parece estar más superpuesta con ruido que una curva adquirida por un osciloscopio “lento”. El motivo es que si se superponen y visualizan múltiples curvas, esto crea una mayor probabilidad de ver las desviaciones de la señal. Se pueden visualizar centenares de curvas al mismo tiempo, dependiendo de la tasa de actualización de la pantalla y de la tasa de actualización de forma de onda obtenida. Para estar en condiciones de extraer tanta información como sea posible a partir de ello se necesita la pantalla adecuada. Con el fin de lograrlo, la tecnología UltraVision proporciona una pantalla con 256 niveles de intensidad. La intensidad de cada píxel se establece dependiendo de la probabilidad de que ocurra un valor. Debido a esto, es posible diferenciar entre puntos que ocurren a menudo o raramente (p.ej., errores o anomalías) en un solo vistazo. La siguiente imagenmuestra una señal de reloj que tiene un pico que ocurre raramente. El error se visualiza con menos intensidad que la señal de reloj (marca roja).
La gran memoria de datos completa el juego de chips patentado y permite que el osciloscopio mantenga la tasa máxima de muestreo para un rango más amplio de valores de Tiempo/División. Esto es especialmente importante cuando hay que adquirir tramas de tiempo más largas pero también se necesitan tantos detalles de la señal como sea posible para el análisis. Además, todos los osciloscopios deRigol incorporan una función denominada de Registro (Record). Cuando se combinan esta función y las posibilidades de disparo avanzado, resulta factible alcanzar el máximo almacenamiento de datos efectivo. Las señales adquiridas se almacenarán en segmentos únicos de memoria, de manera que los eventos que ocurren raramente, interesantes para disparo, y no todos los datos (en su mayor parte no interesantes) se almacenan en la memoria.
La continua tendencia hacia diseños más y más integrados y, en consecuencia, hacia la creación de sistemas embebidos, ha cambiado notablemente los requisitos para el equipamiento de medida. Si en épocas anteriores bastaba con un osciloscopiode tan solo dos canales analógicos, actualmente el mercado exige una combinación de dos o cuatro canales analógicos y otros 8 o 16 canales de entrada digital para estar en condiciones de medir y depurar sistemas integrados. Un microsistema típico contiene entradas analógicas, p.ej. señales procedentes de sensores, un convertidor A/D para la conversión de señales analógicas en señales digitales, memoria y también un pequeño microcontrolador. El controlador se comunica a menudo con los periféricos mediante un bus serie (p.ej., I2C). Por tanto es evidente qué debe ser capaz de realizar un instrumento moderno de medida: existe la necesidad de adquirir datos analógicos y digitales y de ofrecer la posibilidad de decodificar y analizar buses serie.
La serie MSO4000 de Rigol ofrece 16 canales de entrada digital con una tasa de muestreo de hasta 1 GS/s por canal. Como es habitual, la profundidad de memoria es enorme y cuenta con 28MPts por canal (estándar), mientras que la tasa de actualización de la forma de onda es de hasta 85.000 formas de onda por segundo.
Todos estos valores de los parámetros se pueden obtener y proporcionar porque –al igual que en el mundo analógico de Rigol –muchas funciones están integradas en el hardware. Al igual que con UltraVision (analógica) se evita añadir otra carga sobre la CPU. Para lograrlo se introdujeron avances y desarrollos en la “vieja” estructura de hardware según el principio antes descrito.
El resultado ya se puede ver al observar las especificaciones. Este diagrama de bloques muestra la estructura de la nueva UltraVision (analógica + digital) implementada en la siguiente generación de osciloscopios de la serie Rigol 4000.
De forma parecida a la “primera” versión, el osciloscopio integra la función Registro pero incorpora mejoras para la captura de las señales de entrada digitales. Es posible almacenar 64.000 tramas en la memoria.
La gran memoria permite registrar señales lentas y rápidas en el ciclo de captura. El detallado análisis con correlación en el tiempo se puede llevar a cabo en los canales analógicos y digitales mediante el zoom.
La decodificación del bus serie se puede realizar con señales procedentes de las entradas analógicas y/o digitales. Por tanto, es posible, por ejemplo, decodificar dos buses SPI diferentes (cada uno con 4 líneas) de manera simultáneaporque ahora hay hasta 20 (4 + 16) entradas disponibles para el test.
Observemos un sencillo dispositivo convertidor A/D. Muchas veces ya implementa un bus I2C para controlar el chip. Además se encuentran disponibles una entrada de reloj, una entrada se señal analógica y un número correspondiente de salidas de señal digital. En la siguiente imagen se puede ver un diagrama sencillo de un chip convertidor A/D y una posible configuración de test.
Descripción
La señal de entrada analógica en esta configuración se suministra mediante un generador de señal. En un entorno real se podría generar con la salida de un sensor. La señal de entrada estar acondicionada según el valor de entrada especificado del convertidor A/D. Esta señal estará conectada al canal analógico 1 del osciloscopio. En paralelo conectamos las ocho salidas digitales del módulo a las ocho primeras entradas digitales del osciloscopio.
A partir de aquí ya se puede llevar a cabo el primer análisistemporal y de la conversión. El uso de cursores, marcadores o funciones de medida facilitará esta tarea.
Asimismo se puede conectar el bus I2C a dos canales entrada analógicos o digitales del osciloscopio. Los mensajes enviados o recibidos se pueden mostrar con la ayuda de la opción de decodificación. También es posible realizar disparos en función de datos o direcciones de forma que se puede llevar a cabo un análisis temporal (comando de recepción vs. Comando de ejecución).La imagen superior muestra todas las señales juntas en la pantalla del osciloscopio: amarillo: señal de entrada analógica; D0-D7 (gris, superior): señal digitalizada; D14 y D15: bus I2C; B1(verde/azul): datos del bus I2C decodificados;
Gracias a la gran memoria de datos es posible registrar datos durante un largo periodo de tiempo y posteriormente analizarlos fuera de línea. La siguiente imagen muestra una adquisición de datos en todos los canales que tarda 70ms (tercio superior de la pantalla). Los dos tercios inferiores de la pantalla muestran las señales ampliadas en un factor 1000. Todas las señales y decodificaciones aparecen correctamente visualizadas en detalle ya que hay suficiente memoria disponible.
Conclusión
La ampliación de la serie de osciloscopios DS4000 abre un amplio y práctico abanico de posibilidades para el análisis de señales y de sistemas. La implementación, basada en parte en hardware y en parte en software, convierte la serie DS4000/MSO4000 en una potente herramienta para uso diario en entornos de laboratorio y de desarrollo.
Especialmente la gran memoria y las numerosas funciones suplementarias integradas, como por ejemplo la función Registro, introducen “gratuitamente” nuevas mejoras en la relación precio/prestaciones.
