copios utilizados en entornos de I+D consiste en probar y depurar diseños nuevos. En otras palabras, identificar y solucionar problemas de integridad de las señales antes de entregar los diseños a los clientes y que estos los detecten. Los problemas más complicados de localizar son las anomalías de señales aleatorias y poco frecuentes. Por desgracia, a veces buscar eventos poco frecuentes, por ejemplo, glitches, es como buscar una aguja en un pajar.
A la hora de capturar eventos estrechos y rápidos con un osciloscopio, los ingenieros suelen tener en cuenta únicamente las especificaciones anunciadas del instrumento: ancho de banda, velocidad de muestreo y capacidad de memoria. Otra especificación o característica principal de un osciloscopio que reviste una importancia similar es la velocidad de actualización de forma de onda. La mayoría de los ingenieros coincidiría en afirmar que la característica más importante de un osciloscopio con memoria digital (DSO, Digital Storage Oscilloscope) es el ancho de banda en tiempo real. Este dato indica el ancho de banda de la entrada analógica del osciloscopio, así como el nivel de detalle (velocidad de muestreo) con el que el osciloscopio puede capturar señales en cada ciclo de adquisición. En otras palabras, el ancho de banda con un solo disparo.
Otra característica o especificación de un osciloscopio que muchos ingenieros suelen considerar primordial es la capacidad de memoria. La capacidad de memoria de un osciloscopio determinará el intervalo temporal total que este puede capturar mientras realiza un muestreo a la velocidad de muestreo más elevada indicada en sus especificaciones. Cuanto mayor es la capacidad de memoria, más altas son las probabilidades de capturar un evento aleatorio y poco frecuente con la memoria de adquisición profunda del osciloscopio. No obstante, aunque un osciloscopio con memoria profunda detecte una anomalía aleatoria en una señal, ¿cómo puede usted saber que lo ha hecho? Si ha configurado la base de tiempos del osciloscopio para que observe todo el intervalo temporal de la captura de la forma de onda, el resultado es como volver a buscar en el pajar con la esperanza de encontrar la aguja perdida. Si, por el contrario, la base de tiempos está configurada para observar con más detalle eventos estrechos y rápidos, es posible que las anomalías problemáticas de las señales que quizá haya capturado el osciloscopio no aparezcan en pantalla y, por tanto, no puedan verse. En este caso, sería como utilizar una lupa para ver con más detalle una pequeña zona concreta del pajar. Pero, ¿dónde está la aguja? Por definición, un evento aleatorio y poco frecuente puede producirse en cualquier momento y puede adoptar incontables formas distintas. Es posible que no sepa ni dónde mirar ni qué anda buscando exactamente. Si bien no cabe la menor duda de que la capacidad de memoria es importante y presenta aplicaciones específicas y singulares que permiten resolver algunos problemas de medida, la memoria profunda no le ayudará a descubrir anomalías de señales poco frecuentes en sus diseños. De hecho, utilizar la memoria profunda de un osciloscopio para detectar eventos problemáticos poco frecuentes puede plantear más inconvenientes que ventajas, dada la velocidad de actualización más lenta inherente a la tecnología de memoria profunda. Para capturar más datos se necesitan tiempos de adquisición y de procesamiento de formas de onda más prolongados.
Si tiene esperanzas de capturar eventos aleatorios y poco frecuentes, la segunda característica más importante de un osciloscopio después del ancho de banda en tiempo real es la velocidad de actualización de forma de onda. A mayor velocidad de actualización del osciloscopio, más probabilidades hay de que el osciloscopio capture y le muestre anomalías de señales poco frecuentes. Para comprender la importancia de la velocidad de actualización de forma de onda, debe conocer una característica presente en todos los osciloscopios llamada “tiempo muerto”. El tiempo muerto es el tiempo que necesita un osciloscopio para procesar los datos de la adquisición anterior con el fin de mostrar una “imagen” de la forma de onda capturada anteriormente, que en realidad se compone de un conjunto de muestras. Cuanto más elevada es la velocidad de actualización de forma de onda de un osciloscopio, menor es su tiempo muerto. En la Figura 1 se muestra un ejemplo gráfico del tiempo muerto de un osciloscopio. En este ejemplo concreto, se producen dos glitches durante el tiempo muerto del osciloscopio que no se muestran tras dos ciclos de adquisición. No obstante, en muchos casos, el tiempo muerto del osciloscopio puede ser muy superior a la ventana de tiempo mostrada. Por ejemplo, imaginemos que utiliza un osciloscopio que actualiza 1.000 veces por segundo. Sobre el papel, una velocidad de actualización de 1.000 formas de onda por segundo, lo que conlleva que el osciloscopio actualice las formas de onda una vez cada milisegundo, seguro que parece ofrecer una rápida capacidad de respuesta. Sin embargo, si establece la base de tiempos del osciloscopio en 10 ns/div, con lo que se obtiene una ventana de visualización de 100 ns, el tiempo muerto del osciloscopio será 10.000 veces superior al tiempo de visualización de la adquisición. El hecho de que se produzca o no una anomalía de señal aleatoria durante el tiempo de adquisición mostrado por el osciloscopio es una cuestión de probabilidad estadística. Si suponemos que la velocidad de actualización del osciloscopio es de 1.000 formas de onda por segundo y se produce un glitch aleatorio, es 10.000 veces más probable que se produzca durante el tiempo muerto del osciloscopio que durante la ventana de visualización de la adquisición. Para aumentar las probabilidades de capturar anomalías de señales poco frecuentes es necesario reducir el tiempo muerto y, por tanto, incrementar la velocidad de actualización de forma de onda. El osciloscopio InfiniiVision de la Serie 4000 X, que está equipado con la cuarta generación de la tecnología MegaZoom de Agilent, ofrece la velocidad de actualización de forma de onda más alta y el tiempo muerto más bajo del mercado. Esta familia de osciloscopios puede actualizar formas de onda a una velocidad de hasta 1.000.000 de formas de onda por segundo. En la Figura 2 se recoge un ejemplo de un osciloscopio de la Serie 4000 X en el momento de la captura de una anomalía de señal (glitch) muy poco frecuente mientras dispara en el flanco de subida de una señal de reloj de entrada. Este glitch en concreto se produjo tan solo una vez cada millón de ciclos de la señal de reloj. Gracias a la velocidad de actualización de 1.000.000 de formas de onda por segundo, de media, el osciloscopio captura y muestra este glitch una vez cada segundo. Un osciloscopio con una velocidad de actualización de 50.000 formas de onda por segundo, que muchos considerarían rápido, mostraría este glitch tan solo una vez cada 20 segundos de media. Si un usuario de osciloscopio sondeara este reloj digital utilizando un osciloscopio que actualiza a 50.000 formas de onda por segundo, cabría la posibilidad de que confirmara demasiado rápido que la señal parece tener una amplitud y una velocidad de flanco de señal suficientes y moviera la sonda al próximo punto antes de que el osciloscopio hubiera podido capturar ese glitch que solo aparece una vez cada millón de ciclos. Seguro que algunos usuarios de osciloscopios opinan que muchos de los osciloscopios actuales cuentan con modos de disparo avanzado basado en violación de parámetros, como disparo de anchura de pulso, disparo de tiempos de subida/bajada y disparo de amplitud de pulsos, que pueden utilizarse para disparar solamente sobre las señales problemáticas. No obstante, ¿cómo se puede saber cuándo debe utilizarse uno de los modos de disparo avanzado del osciloscopio si este no muestra las anomalías de señales poco frecuentes? Además, para utilizar los modos de disparo avanzado de un osciloscopio, es necesario conocer determinados datos sobre las características de las señales problemáticas.
En la Figura 3 se expone otro ejemplo de una anomalía de señal poco frecuente. En este caso, el osciloscopio de la Serie 4000 X de Agilent muestra un flanco no monotónico poco frecuente mientras actualiza las formas de onda a 1.000.000 de formas de onda por segundo. Puede resultar muy difícil disparar sobre eventos poco frecuentes como este, que suelen aparecer como una forma de onda parpadeante y que algunos ingenieros llaman una forma de onda “fantasma”. Es posible que los osciloscopios con velocidades de actualización más lentas no lleguen a mostrar nunca esta anomalía (el “fantasma” invisible). Una vez que un osciloscopio ha descubierto un “fantasma”, hay que “cazarlo”. Tal como hemos visto más arriba, disparar sobre este evento poco frecuente es factible, pero puede ser difícil de configurar a no ser que usted sea un experto en osciloscopios. No obstante, con la función de disparo InfiniiScan Zone del osciloscopio de la Serie 4000 X, resulta tan sencillo como dibujar un rectángulo (zona) en la pantalla táctil capacitiva del osciloscopio en el espacio donde aparece la anomalía poco frecuente, tal como se muestra en la Figura 4. Una vez que el osciloscopio ha sincronizado la pantalla y muestra solo las formas de onda “fantasmas”, puede comenzar a sondear otras señales de sus diseños utilizando un segundo o un tercer canal del osciloscopio para buscar la correlación y la causa raíz con el fin de “cazar” ese “fantasma” problemático.
Resumen
Aunque el ancho de banda en tiempo real casi siempre será el criterio principal a la hora de seleccionar un osciloscopio para depurar diseños, la velocidad de actualización de forma de onda es la característica de un osciloscopio que más contribuye a su estabilidad para detectar eventos aleatorios y poco frecuentes. Los osciloscopios InfiniiVision de la Serie 4000 X de Agilent actualizan formas de onda a velocidades de hasta 1 millón de formas de onda por segundo, lo que los hace perfectos para identificar esa forma de onda problemática tan difícil de encontrar como una “aguja en un pajar”. Una vez que tiene claro que existe algún evento poco frecuente, la función de disparo InfiiniScan Zone de Agilent facilita el aislamiento de la señal problemática con tan solo dibujar un rectángulo en el lugar donde aparece la anomalía. Si la rápida velocidad de actualización de la onda del osciloscopio detecta una señal problemática, el disparo InfiniiScan Zone puede sincronizarse de inmediato sobre la misma.
