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StationMax, una categoría propia

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Autor: Boris Adlung, RIGOL Technologies Europe

Al equipar un laboratorio de desarrollo surge a menudo la cuestión del equipo de prueba adecuado, así como la pregunta clásica de si conviene adquirir un analizador de espectro o un osciloscopio y utilizarlo en el proyecto de desarrollo. Por un lado es indispensable un análisis en el dominio del tiempo ya que es necesario para muchas tareas. Sin embargo, la frecuencia y el ancho de banda deseados suelen pertenecer a un rango tan alto que un osciloscopio convencional por sí solo no es suficiente. Por otro lado, los componentes de la señal y la respuesta de algunos componentes solo se pueden visualizar realmente en el dominio de la frecuencia. El inconveniente en este sentido es que el análisis elemental en el dominio del tiempo solo se puede llevar a cabo hasta un cierto punto. Muchos ingenieros de desarrollo resuelven este dilema adquiriendo ambos dispositivos, lo cual requiere más espacio y aumenta los costes. Por una parte es mucho más difícil efectuar la sincronización de los resultados de la medida de ambos dispositivos de medida, que a menudo es absolutamente necesaria con el fin de obtener medidas en el dominio del tiempo y de la frecuencia en un determinado punto del tiempo.

El nuevo osciloscopio de alto rendimiento de la serie DS70000 de RIGOL ofrece una solución óptima para varias aplicaciones, especialmente para I+D. Esta serie proporciona el primer dispositivo perteneciente a la serie StationMax y se encuentra disponible en dos versiones con cuatro canales analógicos y anchos de banda de hasta 3 GHz o hasta 5 GHz. El ancho de banda de 5 GHz se puede lograr con un máximo de dos canales y cuando se utilizan los cuatro canales sigue habiendo un ancho de banda de 4 GHz con una velocidad de muestreo máxima de 10 GS/s y una profundidad de memoria de 1 Gpts por canal. Esta clase de dispositivo se basa en la nueva plataforma mejorada UltraVision III, que incorpora el chipset ASIC ampliado y desarrollado por la propia RIGOL, capaz de alcanzar una velocidad de muestreo en tiempo real de hasta 20 GS/s. Con este dispositivo es posible guardar hasta 2 millones de tramas de señal y reproducirlas para su análisis más detallado.

El chipset ASIC incorporado al osciloscopio está formado por dos chips. El Beta-Phoenics está instalado como una etapa frontal analógica por canal y combina diferentes funciones como el ancho de banda de alta estabilidad, la amplificación lineal y la implementación de impedancias de entrada de 1 MΩ (hasta 500 MHz) y 50 Ω. Además, este chip contiene una protección frente a sobretensión muy rápida que reacciona en el rango de µs. El segundo ASIC está instalado antes del convertidor A/D (ADC) y contiene, entre otros, un procesador de señal digital (DSP). La principal tarea es el procesamiento de señal en el osciloscopio y la rápida digitalización de los diferentes caminos de la señal, así como la estabilización de la amplitud de señal, por ejemplo, para lograr la máxima relación posible entre señal y ruido. El hardware y el software del DS70000 están diseñados de tal manera que se les puede dotar de funciones adicionales en el futuro; por ejemplo, interfaces para medidas TDR en una fase posterior o la interfaz SFP+ de alta velocidad ya integrada en este dispositivo. La memoria interna y los procesadores también están diseñados de tal modo que este dispositivo se pueda ampliar, por ejemplo, con funciones de decodificación adicionales que aún se encuentran bajo desarrollo. El área de la pantalla, consistente en una pantalla táctil de 15,6 pulgadas y una pantalla para el operador de 3,5 pulgadas, se puede cambiar a la posición deseada con un ángulo de inclinación ajustable automáticamente si es necesario. La pantalla principal se puede dividir en varias pantallas si se han de realizar diferentes funciones al mismo tiempo. Los resultados de las medidas respectivas se muestran en la parte lateral para que no afecte a la visualización de la medida.

La nueva plataforma UltraVision III ofrece una memoria muy profunda de hasta 2 gigapuntos. Esto significa que con una velocidad de muestreo de 20 GS/s, por ejemplo, se puede analizar un rango de 100 ms hasta un valor muy pequeño mediante la función zoom. Aunque el rango de tiempo para este ancho de banda es muy elevado, incluso los componentes de señal más pequeños se pueden representar a lo largo del tiempo con un alto grado de exactitud a una frecuencia de hasta 5 GHz, por ejemplo para medir interferencias u otros efectos no deseados (ver Figura 1). Dado que la velocidad de medida desempeña un importante papel, especialmente con señales esporádicas, esta serie de dispositivos también se puede utilizar para medir interferencias esporádicas ya que el osciloscopio alcanza una velocidad de disparo muy rápida de 1 millón de formas de onda/s. Esto permite reducir de manera significativa el tiempo de medida para registrar una señal de interferencia de este tipo. Los cambios esporádicos de la señal se pueden activar y visualizar por medio de las opciones versátiles de disparo integradas.

resolución temporal
Figura 1: Alta resolución temporal de un tiempo de medida más largo a 2 Gpts y 20 GS/s.

Este dispositivo también ofrece dos tipos de FFT para permitir un análisis de espectro eficiente. Una variante consiste en convertir la señal de tiempo con hasta 65.535 muestras. La segunda variante más extendida aplica un cálculo FFT significativamente más rápido con hasta 10.000 FFT/s. A esta velocidad se puede efectuar un análisis de espectro en tiempo real con todas sus ventajas. Por tanto, el dispositivo es la solución óptima para tareas de medida complejas en el dominio del tiempo, así como en el dominio de la frecuencia. Además, la medida en tiempo real permite aprovechar las ventajas para el análisis de espectro basado en barrido. Por ejemplo, con este tipo de análisis no hay tiempos ciegos y se puede medir y visualizar más información de la señal. Esto significa que se pueden llevar a cabo más pruebas, como la medida de fugas, con o sin persistencia y con una información completa sobre la señal a lo largo del ancho de banda establecido (ver Figura 2). En este sentido, cada señal se puede analizar en términos de tiempo y frecuencia simultáneamente. La gran pantalla táctil de 15,6 pulgadas se puede dividir de manera que se puedan realizar diferentes medidas al mismo tiempo y se pueden detectar desviaciones no deseadas de cualquier tipo.

Análisis de frecuencia
Figura 2: Análisis de frecuencia con modo de tiempo real en la serie DS70000.

Opcionalmente se puede utilizar una función muy potente con el diagrama de ojo en tiempo real para análisis de señal digital. Esto permite medir velocidades de transmisión de datos muy rápidas. Este flujo de bits se superpone de manera sincronizada con unos pocos miles de tramas y se crea un gráfico que tiene el aspecto de un ojo. Dependiendo de lo cerrado que esté el ojo horizontal y/o verticalmente, este es un criterio de calidad importante para la transmisión de datos (ver Figura 3).

Diagrama de ojo
Figura 3: Diagrama de ojo en tiempo real de una señal de datos con el DS70000.

El diagrama de ojo en tiempo real no solo es indicado para la visualización de toda la transmisión de datos, pero también se pueden leer diferentes parámetros de prueba. Un ejemplo es el factor Q, que utiliza una relación matemática para proporcionar información sobre la tasa de error binario (BER) de la transmisión de datos. Aquí, por otro lado, se visibilizan la influencia del ruido y los efectos indeseables del jitter. Por otra parte, los efectos esporádicos también son visibles si, por ejemplo, la influencia de un transitorio afecta gravemente al nivel de señal durante un corto tiempo, lo cual puede ocurrir debido a un cambio en la fuente de alimentación. Esta representación también permite conocer el ancho de banda, que está relacionado con el tiempo de subida del diagrama de ojo. No obstante, conviene destacar que el ancho de banda de la sonda utilizada también es visible. En tal caso se debería utilizar una sonda con el elevado ancho de banda correspondiente, como ocurre la nueva sonda de RIGOL de la serie PVA8000, con el fin de minimizar su influencia sobre el ancho de banda y por tanto en el tiempo de subida y bajada de la señal de datos. La sincronización descrita antes es un aspecto importante con el fin de visualizar la señal de los datos deseados. Se ofrecen diferentes tipos de sincronización en el DS70000, que se puede utilizar dependiendo de la aplicación; por ejemplo, si un flujo de datos está sincronizado con un PLL o con un reloj.

El jitter en la señal de datos también puede verse influidos por los efectos no deseados del jitter sobre la señal de reloj utilizada. El análisis de jitter proporcionado en el osciloscopio se puede estar para este fin. El análisis detallado del jitter indica el grado de influencia del jitter sobre el reloj afectado. Ahora es importante averiguar de dónde procede esta influencia y cuál es su naturaleza. Por un lado, el ruido puede provocar un jitter asimétrico o aleatorio. Esto se puede remediar hasta un cierto punto tomando las medidas apropiadas. Por otro lado, una perturbación definida puede generar un jitter simétrico o determinístico. Si se conocen esta simetría y la señal de interferencia se puede eliminar la influencia sobre la señal de datos. El análisis de jitter con la visualización de la tendencia y el uso de un histograma, así como la visualización del jitter en el dominio de la frecuencia, son herramientas adecuadas para clasificar y reducir el jitter con rapidez. La tendencia refleja de nuevo la integración de la interferencia del jitter. Si, por ejemplo, se visibiliza una tendencia en forma de dientes de sierra, está claro que el jitter varía como un pulso periódico y corresponde a un jitter simétrico. Si se añade a ello la distribución del histograma es posible ver más detalles de la señal. Al conocer la señal de interferencia ahora se puede desconectar o bien se puede proteger mejor el reloj de la señal de interferencia desde el punto de vista del diseño. Además de la representación de la frecuencia del jitter se puede visualizar al mismo tiempo la representación de la frecuencia de la señal de datos con el fin de analizar los efectos de las frecuencias de interferencia provocadas por el jitter. Una representación detallada del resultado del jitter muestra la información sobre el tipo de jitter. Por ejemplo, se mide la suma del jitter o el componente del jitter determinístico o periódico y se muestra en la tabla de resultados.

El análisis del jitter descrito se puede llevar a cabo en paralelo a la medida del diagrama de ojo en tiempo real. La visualización simultánea de ambas aplicaciones al mismo tiempo permite analizar por completo la señal de datos de manera rápida y cómoda.

El DS70000 también ofrece diversas opciones de disparo y decodificación para sistemas de bus como FlexRay, CAN-FD, LIN, I2C y muchos más, que se utilizan a menudo en la industria de automoción en concreto. Especialmente en el caso de circuitos más complejos con diferentes sistemas de bus, es importante decodificar varios buses al mismo tiempo. Con la serie DS70000 se pueden decodificar simultáneamente hasta cuatro buses, incluso diferentes. El resultado se puede mostrar en una tabla de eventos, que también se puede guardar como un archivo *.csv. Dependiendo de los ajustes de la memoria, el dispositivo puede guardar hasta 2 millones de intervalos de tiempo y reproducirlas tantas veces como sea necesario sin pérdida de tiempo. Las señales también se pueden analizar y decodificar con posterioridad.

El osciloscopio ofrece la opción de efectuar una medida de preconformidad de la capa física de, por ejemplo, USB2.0 HS o Ethernet 10-/100-/ o 1000BaseTX basándose en el estándar IEEE 802.3-2018. Se pueden realizar varias pruebas como valor de pico o la exactitud de la amplitud de la tensión en modo común o medidas de tiempo como la respuesta del jitter o los efectos de la atenuación. De este modo se puede comprobar si la transmisión de los datos cumple el estándar.

La resolución vertical de la serie DS70000 se puede aumentar, lo cual supone una valiosa herramienta de análisis en electrónica de potencia con el fin de visibilizar los cambios más pequeños en las curvas de corriente y tensión. La resolución vertical puede ser de hasta 16 bits dependiendo del ancho de banda y de la velocidad de muestreo. Esta resolución también es posible porque la señal de puede visualizar en alta resolución con una resolución de la pantalla de 1920 x 1080 píxels (ver Figura 4). Dado que no solo es importante la representación sino también la transmisión de los datos de los valores medidos, RIGOL ha integrado diferentes interfaces en esta versión del dispositivo, que se puede manejar a través de la web con un navegador gracias a la interfaz LAN. Además, el dispositivo ofrece una interfaz USB 3.0 y una interfaz óptica SFP+ de 10GB para cargar datos del dispositivo al PC a gran velocidad. También integra una conexión HDMI si se desea conectar una pantalla más grande destinada a una presentación.

osciloscopio de RIGOL
Figura 4: Resolución vertical de 16 bits con el osciloscopio de RIGOL de la serie DS70000.

Al anunciar la serie DS70000, RIGOL también amplía su catálogo de accesorios con la sonda diferencial activa de la serie PVA8000. El cabezal de esta sonda contiene el ASIC de la etapa de entrada Y-Phoenics (gama Phoenics) desarrollado por la propia compañía. Las funciones especiales de este chipset son sus características de bajo ruido y la amplificación muy lineal de la señal, dependiendo de la versión, hasta una frecuencia máxima de 3,5 GHz, 5 GHz o 7 GHz. Además, el ajuste de la amplificación de la amplitud lineal a lo largo del rango de frecuencia está integrado directamente en el chip, por lo que es mucho más robusto frente a las cambiantes influencias del entorno.

Con la nueva serie DS70000 y el cabezal de la prueba de la serie PVA8000, RIGOL ofrece una nueva dimensión en la tecnología de medida que combina flexibilidad y versatilidad junto con el rendimiento de la nueva plataforma UltraVision III. Gracias a esta nueva tecnología de medida, RIGOL también ofrece una extraordinaria relación precio/rendimiento con la alta calidad habitual en RIGOL. Esta versatilidad permite utilizar el osciloscopio en numerosas aplicaciones industriales, así como en I+D y formación.