Oscilloscopes

Um osciloscópio é um dispositivo que captura um sinal de tensão de entrada e o converte em uma forma de onda de tensão versus tempo corretamente dimensionada que é exibida em uma grade dimensionada. O osciloscópio tem um circuito de disparo que define quando o sinal de entrada deve ser capturado e exibido, e um front-end de ganho variável que permite o ajuste do sinal (tensão vertical) para aceitar uma ampla faixa de amplitudes de sinal de entrada. Um ajuste horizontal (base de tempo ou varredura) define o período de tempo para adquirir o sinal.

Muitos alegarão ter inventado o osciloscópio analógico, mas a Tektronix pode corretamente alegar ter inventado o primeiro osciloscópio de varredura disparada (analógico), o que melhorou muito a utilidade e a versatilidade do instrumento.

Walter LeCroy e sua equipe de design na LeCroy Corporation (agora Teledyne LeCroy) lançaram em 1985 o primeiro osciloscópio de armazenamento digital (DSO, ou agora apenas conhecido como osciloscópio digital) – chamado de Modelo 9400 – que replicou e melhorou os recursos e capacidades dos osciloscópios analógicos em uso até então. O Modelo 9400 tinha largura de banda (125 MHz) equivalente ao que estava disponível em um osciloscópio analógico (na época) e podia capturar continuamente um sinal por um longo período de tempo usando 32,000 pontos de amostra (na época, um comprimento de registro de aquisição incrivelmente longo). Uma afirmação tênue poderia ser feita de que o WD2000 Waveform Digitizer da LeCroy (lançado em 1971) foi o primeiro osciloscópio de armazenamento digital, mas o comprimento do registro era limitado a 20 pontos de amostra e a arquitetura não podia ser facilmente dimensionada para comprimentos de registro maiores. Leia a história completa aqui https://www.teledynelecroy.com/walter-lecroy.

Walter LeCroy e sua equipe de design na LeCroy Corporation (agora Teledyne LeCroy) lançaram em 1985 o primeiro osciloscópio de armazenamento digital (DSO, ou agora apenas conhecido como osciloscópio digital) – chamado de Modelo 9400 – que replicou e melhorou os recursos e capacidades dos osciloscópios analógicos em uso até então. O Modelo 9400 tinha largura de banda (125 MHz) equivalente ao que estava disponível em um osciloscópio analógico (na época) e podia capturar continuamente um sinal por um longo período de tempo usando 32,000 pontos de amostra (na época, um comprimento de registro de aquisição incrivelmente longo). Uma afirmação tênue poderia ser feita de que o WD2000 Waveform Digitizer da LeCroy (lançado em 1971) foi o primeiro osciloscópio de armazenamento digital, mas o comprimento do registro era limitado a 20 pontos de amostra e a arquitetura não podia ser facilmente dimensionada para comprimentos de registro maiores. Leia a história completa aquihttps://www.teledynelecroy.com/walter-lecroy.

Os osciloscópios aceitam sinais de tensão como entradas. Uma sonda ou sensor deve ser usado para converter um sinal sem tensão (por exemplo, um sinal de corrente, um sinal de campo magnético) em um sinal de tensão, corretamente dimensionado nas unidades apropriadas. Sondas ou sensores para medir corrente são comumente disponíveis em fabricantes de osciloscópios, e sensores para medir outras unidades são amplamente disponíveis. A maioria dos osciloscópios de nível profissional fornece suporte para redimensionamento comum (por exemplo, de Volts para Amps) e muitas outras unidades, mas se este for um recurso importante para seus requisitos, é melhor verificar o suporte para redimensionamento dentro do osciloscópio antes da compra, especialmente se o sensor tiver uma relação de entrada para saída não linear.

Webinars de referênciaParte 7: Como faço uma medição de corrente com um osciloscópio?eParte 8: Como medir corrente em um osciloscópio usando um resistor de derivação?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

APadrão IEEE 1057 para digitalização de registradores de forma de ondaespecifica a largura de banda analógica de um osciloscópio digital como a frequência na qual a resposta de amplitude é -3 dB (o que equivale a 70.7%) da resposta na frequência de referência (que para um osciloscópio é DC). Embora possa parecer confuso ter uma especificação de largura de banda analógica em um osciloscópio digital, o osciloscópio digital tem muitos componentes de amplificador analógico antes da parte que digitaliza e armazena o sinal.

A largura de banda necessária para captura e medição de sinais depende muito dos sinais a serem medidos, dos tipos de medições a serem feitas e da precisão desejada das medições. Uma regra geral que a maioria dos engenheiros usa é ter um osciloscópio com três vezes a largura de banda do sinal de frequência mais alta que desejam medir, embora isso se torne impraticável para sinais de frequência muito alta.

Consulte a definição de largura de banda do osciloscópio no FAQ (acima). A maioria dos osciloscópios se aproxima da frequência nominal de largura de banda de -3 dB lentamente, começando com uma redução suave de amplitude em 50% (ou mais) da classificação de frequência de largura de banda. Isso significa que se a resposta de amplitude do osciloscópio for de -1 dB a 70% da largura de banda nominal e -2 dB a 85% da largura de banda nominal, então a amplitude do sinusoide puro capturado será de aproximadamente 90% (-1 dB) ou 80% (-2 dB) e 70% (-3 dB) em comparação a quando a frequência sinusoide de entrada está se aproximando da classificação de largura de banda do osciloscópio. No entanto, a maioria dos engenheiros não está medindo sinusoides puros com seus osciloscópios. Observe que os osciloscópios de maior largura de banda podem ter uma resposta de amplitude mais plana (menor redução de amplitude) ou ajustável, por vários motivos.

Mais provavelmente, um engenheiro está medindo um sinal que se assemelha a uma onda quadrada. Neste caso, sabe-se que uma onda quadrada pode ser representada como uma expansão da série de Fourier composta pela soma da frequência fundamental e harmônicos ímpares, com o harmônico N contribuindo com uma amplitude de 1/N naquela frequência. O que isto significa é que para representar com precisão uma onda quadrada, você precisa de largura de banda suficiente para capturar a frequência fundamental e o suficiente dos harmônicos ímpares. Quantos harmônicos ímpares são "suficientes" (e quanta largura de banda é necessária) é determinado pela tolerância do engenheiro para uma medição de tempo de subida no osciloscópio que é mais lenta do que o sinal real, e a quantidade de overshoot e ringing aditivos presentes no sinal medido. Se apenas o 3º harmônico for capturado, o tempo de subida será apreciavelmente mais lento, e o overshoot e o ringing serão perceptíveis em comparação com se o 99º harmônico for capturado (nesse caso, o sinal capturado será indistinguível do sinal de entrada original).

Isso nos leva de volta à resposta original que é dada com mais frequência em resposta à pergunta "quanta largura de banda é necessária?" — cerca de 3x a largura de banda do sinal de frequência mais alta. Mas o que significa "frequência mais alta"? Nesse contexto, a maioria dos engenheiros está pensando na capacidade de medição do tempo de subida do osciloscópio (que está relacionada à largura de banda). Se um engenheiro quiser medir um sinal com um tempo de subida de 1 ns, ele não escolheria um osciloscópio com um tempo de subida de 1 ns (tal osciloscópio normalmente teria uma largura de banda de 350 MHz) — ele escolheria um osciloscópio com largura de banda 3x isso (ou 1 GHz).

Webinar de referênciaParte 2: Quanta largura de banda preciso no meu osciloscópio?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

Resolução é o número de níveis de quantização do conversor analógico-digital (ADC), com um ADC de N bits tendo 2^N níveis de quantização. Por exemplo, um osciloscópio de 8 bits tem 2⁸ = 256 níveis de quantização enquanto um 12-bit osciloscópio tem 2¹² = 4096 níveis de quantização. Observe que o número de bits (níveis de quantização) no ADC não é garantia de que o restante do caminho do sinal do osciloscópio (notavelmente os componentes analógicos) terá desempenho de ruído digno de um ADC de alta resolução. Assim, um osciloscópio de alta resolução anunciado pode não ter desempenho diferente de um osciloscópio convencional de resolução de 8 bits. ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre as compensações que muitos fabricantes de osciloscópios fazem ao projetar osciloscópios de alta resolução. Webinar de referênciaParte 1: O que é resolução do osciloscópio?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

Um osciloscópio de alta resolução é qualquer osciloscópio que é anunciado como tal e que usa hardware aprimorado, filtragem de software (que reduz a largura de banda e a taxa de amostragem) ou uma combinação de ambos para fornecer resolução aprimorada e relação sinal-ruído em comparação a um osciloscópio convencional de 8 bits. Uma alegação de marketing de alta resolução não é garantia de desempenho no mundo real. Alegações de alta resolução específicas para o ADC, ou melhorias no ruído de linha de base ou na relação sinal-ruído que só são possíveis em larguras de banda reduzidas, são bandeiras vermelhas de que a chamada alta resolução não será alcançada realisticamente em todas as condições normais de operação do osciloscópio. ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes.

Não há diferença – essas são apenas duas maneiras de expressar a mesma coisa, embora deva ser notado que a Teledyne LeCroy tem uma marca registrada no nome High Definition Oscilloscope e na sigla HDO, tendo sido a primeira empresa de osciloscópios a oferecer 12-bit osciloscópios de alta resolução que fornecem 12 bits o tempo todo, sem redução na taxa de amostragem ou na largura de banda.

Um osciloscópio de sinal misto (MSO) geralmente se refere a um osciloscópio que tem canais de entrada analógicos e digitais (lógicos). Uma configuração comum é de 4 canais de entrada analógicos mais 16 canais de entrada lógica digital. Os canais de entrada lógica digital podem preservar os canais de entrada analógicos mais escassos (e mais caros) para sinais que exigem suas capacidades, e os canais de entrada lógica digital podem ser usados ​​para sinais de alternância ou lógicos simples, ou sinais de dados seriais de baixa velocidade (por exemplo, I2C, SPI, UART, etc.).

Osciloscópio de domínio misto (MDO) é um termo de marketing para um osciloscópio que fornece algum tipo de entrada de radiofrequência (RF) ou conversão para capturar sinais nos domínios de tempo e frequência. Se uma entrada RF dedicada for fornecida, os recursos podem ser semelhantes aos de um analisador de espectro. Técnicas de transformada rápida de Fourier (FFT) de software podem ser usadas para fornecer recursos semelhantes sem uma entrada RF dedicada (e cara).

A precisão da amplitude de um osciloscópio é composta por muitos componentes diferentes e irá variar dependendo da resolução do osciloscópio, caminho de entrada, conteúdo da frequência de entrada, se uma sonda é usada, etc. A precisão da amplitude pode variar de melhor que 1% para um 12-bit osciloscópio de alta definição (HDO®) com uma entrada de sinal de cabo, para 5% (ou mais) para um osciloscópio de 8 bits operando com uma sonda ativa acoplada ao osciloscópio por meio da terminação de 50 Ω. Embora essas precisões possam parecer baixas em comparação a um voltímetro digital (DVM), um osciloscópio fornece muito mais recursos do que um DVM.

ReferênciaParte 1: Qual é a diferença entre resolução, precisão e sensibilidade do osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

Sensibilidade é a menor alteração de sinal que pode ser visualizada no osciloscópio. Um osciloscópio com alta sensibilidade pode ser usado para visualizar sinais menores em comparação a um osciloscópio com menor sensibilidade. O ajuste de sensibilidade no osciloscópio é feito usando a configuração de ganho vertical (volts/divisão). Observe que alta sensibilidade não se correlaciona necessariamente com alta precisão, e que uma configuração de ganho vertical analógico indicativa de alta sensibilidade (por exemplo, 1 ou 2 mV/div) pode ser limitada em utilidade pela resolução do ADC ou ruído no osciloscópio. ReferênciaParte 1: Qual é a diferença entre resolução, precisão e sensibilidade do osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

Historicamente, um engenheiro consideraria o tempo de subida como relacionado à largura de banda de acordo com a fórmula TR(s) = 0.35/Largura de banda (Hz), com TR sendo o tempo de subida de 10-90% (conforme definido pelo IEEE). Esta fórmula era (principalmente) verdadeira em uma era em que as larguras de banda dos osciloscópios eram muito baixas (1 GHz ou menos) e as reduções de amplitude eram muito graduais. Esta fórmula ainda pode ser verdadeira para osciloscópios de largura de banda mais baixa.

Os osciloscópios de maior largura de banda de hoje — ou osciloscópios com caminhos de sinal mais complexos e de menor ruído — podem aderir à fórmula TR(s) = 0.35/Largura de banda (Hz) para modelos na extremidade inferior (largura de banda) da linha de produtos, mas aderir a TR(s) = 0.4/Largura de banda (Hz) ou talvez se aproximar de TR(s) = 0.45/Largura de banda (Hz) (ou superior, em alguns casos) para modelos de largura de banda máxima. O motivo do numerador mais baixo em modelos de largura de banda mais baixa é que eles provavelmente estão usando um caminho de sinal analógico que tem mais espaço livre de alta frequência para uma redução de amplitude mais lenta em comparação aos modelos de largura de banda mais alta. No modelo de osciloscópio de maior largura de banda em uma série de produtos, o caminho do sinal analógico provavelmente atingiu um limite superior rígido na resposta de amplitude, e a resposta de amplitude diminui rapidamente além disso, o que resulta em um tempo de subida mais lento (e numerador mais alto) devido à resposta de alta frequência altamente atenuada além da classificação de largura de banda do osciloscópio.

Webinar de referênciaParte 3: Como o tempo de subida está relacionado à largura de banda em um osciloscópio?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

Um osciloscópio digital digitaliza sinais por meio de conversores analógico-digitais (ADCs) que amostram e mantêm valores de tensão para criar pontos de amostra discretos. Os pontos de amostra são registrados em uma determinada frequência (intervalo de tempo), e a taxa de amostra é chamada de Amostras/segundo.

Webinar de referênciaParte 4: O que é taxa de amostragem do osciloscópio e quanta eu preciso?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

A taxa de amostragem mínima necessária, de acordo com o teorema de Nyquist, é o dobro da frequência que você deseja medir. Em um osciloscópio digital, isso é comumente interpretado como taxa de amostragem e deve ser no mínimo o dobro da classificação de largura de banda do osciloscópio. No entanto, o osciloscópio geralmente não tem uma resposta de amplitude de parede de tijolos além da classificação de largura de banda, e passará algum conteúdo de alta frequência além da classificação de largura de banda. Portanto, a maioria dos osciloscópios fornece uma taxa de amostragem mínima para taxa de largura de banda de 2.5. Isso pode ser considerado o mínimo para reconstruir uma onda senoidal a partir de pontos de amostra digitais.

Para reconstruir com precisão formas de sinal mais complexas a partir de pontos de amostra digitais, os engenheiros geralmente desejam 5 ou talvez até 10 pontos de amostra em uma borda ascendente. Se um engenheiro estiver seguindo a regra prática comum de selecionar um osciloscópio três vezes mais rápido do que o sinal que deseja medir (Webinar de referênciaParte 2: Quanta largura de banda preciso no meu osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2023 para obter mais detalhes, ou nas perguntas frequentes com título semelhante), então 5 a 10 pontos de amostra em uma borda ascendente são facilmente acomodados.

Webinar de referênciaParte 4: O que é taxa de amostragem do osciloscópio e quanta eu preciso?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

A memória de aquisição é usada para armazenar os pontos de amostra do osciloscópio digital para serem recuperados em um display ou para processamento posterior para fazer medições, executar cálculos matemáticos, etc.

A memória de aquisição do osciloscópio armazena os pontos de amostra do sinal digitalizado, enquanto a unidade central de processamento (CPU) que alimenta as funções do osciloscópio tem sua própria memória de acesso aleatório (RAM) para atender às necessidades da CPU.

A profundidade da memória é apenas outra maneira de descrever o comprimento total da memória de aquisição, seja em pontos (por exemplo, quilopontos (kpts), megapontos (Mpts), Gigapoints (Gpts)) ou em amostras (por exemplo, megasamples (MS)).

Mais amostras (ou pontos) fornecem mais capacidade para capturar intervalos de tempo contínuos muito longos antes de precisar reduzir a taxa de amostragem. Quantas amostras um engenheiro precisa depende da largura de banda dos sinais que ele deseja capturar, da resolução de tempo com a qual ele deseja capturar esses sinais e da quantidade de tempo contínuo que ele deseja adquirir.

Se um osciloscópio tivesse uma taxa de amostragem de 10 GS/s e 1 GS (ou Gpts) de memória de aquisição, então ele poderia adquirir 100 ms de tempo (1 GS / 10 GS/s = 0.1 s, ou 100 ms). Se fosse desejado capturar 200 ms com 1 GS de memória de aquisição, a taxa de amostragem teria que ser reduzida para 5 GS/s, o que pode (ou não) ser aceitável.

O ruído de base do osciloscópio é o valor AC RMS medido de um canal de entrada do osciloscópio sem sinal conectado a ele. Um teste simples de ruído de base fornecerá uma indicação geral do desempenho do ruído quando nenhum sinal estiver presente na entrada do osciloscópio. Embora esse teste seja simples e fácil de executar, ele não é o teste mais realista do desempenho do osciloscópio, porque a maioria dos osciloscópios é usada com sinais de entrada conectados a eles. No entanto, o ruído não diminuirá quando os sinais de entrada forem adicionados, pois a amplitude do sinal adicionada apenas adicionará ruído à medição posteriormente. Portanto, o ruído de base pode ser um teste útil para avaliar aproximadamente o desempenho geral.

Observe que em um osciloscópio Teledyne LeCroy, a medição SDEV equivale a AC RMS.

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre vários tipos de ruído em osciloscópios.

A relação sinal-ruído é o cálculo da razão entre a faixa de escala completa dividida pelo ruído de base, expressa em volts de acordo com a seguinte fórmula:

Relação sinal-ruído (dB) = 20*log10((V_{escala real}/(2*√2))/V_CA-RMS))

Com V_{escala real}sendo a tensão de escala completa no osciloscópio (igual ao número de divisões verticais * configuração de ganho V/div) e V_CA-RMSsendo o valor AC RMS para o sinal de linha de base em uma determinada configuração de ganho V/div.

Observe que alguns osciloscópios (por exemplo, Keysight, Teledyne LeCroy) têm 8 divisões verticais para escala completa, enquanto outros (por exemplo, Tektronix) têm 10 divisões verticais para escala completa.

Observe que a medição AC RMS da Teledyne LeCroy é chamada SDEV, enquanto outros osciloscópios geralmente têm uma medição RMS que pode ser selecionada como leitura AC ou DC. Certifique-se de usar o valor AC RMS ou o cálculo SNR incluirá incorretamente o efeito de quaisquer pequenos erros de deslocamento DC no canal do osciloscópio.

SNR(dB) = 20*log10( (V/div*8/(2*sqrt(2)))/ruído_em_rms)

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre vários tipos de ruído em osciloscópios.

Conforme IEEE Std. 1057 IEEE Standard for Digitalizing Waveform Recorders, SINAD é a razão entre o sinal root-mean-square (rms) e o ruído rms (linha de base) e distorção. SINAD é medido em uma frequência e amplitude específicas usando uma entrada de onda senoidal, e a amplitude na qual as medições são feitas impacta a distorção e deve ser especificada (90% da amplitude de escala completa é típica). SINAD é uma medição mais completa do desempenho do osciloscópio na operação real.

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre vários tipos de ruído em osciloscópios.

O melhor método para reduzir o ruído em sinais medidos com seu osciloscópio é usar um osciloscópio de baixo ruído e alta resolução que forneça resolução de 12 bits em largura de banda total. Mas qualquer osciloscópio pode ter seu ruído reduzido usando hardware analógico ou filtros de software digital, desde que a troca de menor largura de banda em troca de ruído reduzido seja aceitável.

Os filtros de hardware são geralmente exibidos como um limite de largura de banda de 20 MHz ou 200 MHz (ou similar) no menu de canais. Esses filtros tendem a ter rolloffs muito lentos, então sua capacidade de redução de ruído é provavelmente menor do que a de um filtro de software digital.

Os filtros de software digitais podem ser funções matemáticas, podem ser modos de alta resolução ou podem ser seleções de filtros de software no menu de canais (por exemplo, seleção de Enhanced Resolution (ERes) da Teledyne LeCroy). Matematicamente, cada redução pela metade da taxa de amostragem (e largura de banda) reduz o ruído em 3 dB (~30% ou 0.5 bits efetivos). Às vezes, os filtros de software digitais interpolam pontos de amostragem após a operação do filtro matemático, mas a taxa de amostragem do hardware ainda foi reduzida.

Desconfie de modos de alta resolução que prometem melhor desempenho do que o matematicamente possível ou que são o único meio de atingir alta resolução (e menor ruído) no que seria um osciloscópio de resolução de 8 bits.

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre compensações feitas para reduzir ruído em osciloscópios. Webinar de referênciaParte 6: Como posso reduzir o ruído em sinais medidos com um osciloscópio?no Webinário Oscilloscope Coffee Break de 2023 para mais detalhes.

O osciloscópio ENOB é derivado da medição do osciloscópio SINAD da seguinte forma:

Osciloscópio ENOB= (SINAD-1.76)/6.02

Se o amplificador front-end não for a fonte dominante de ruído no sistema do osciloscópio, o ENOB do sistema se aproximará do ENOB do ADC. É importante entender que o ENOB do ADC é um limite superior no desempenho do sistema, mas o desempenho do sistema é o desempenho crítico a ser compreendido. Realisticamente, o ENOB do osciloscópio (sistema) sempre será menor que o ENOB do ADC.

Se o sinal de entrada aplicado não for 100% de amplitude em escala total, então o ENOB é derivado da seguinte forma:

Osciloscópio ENOB= (SINAD-1.76+20 log((Amplitude de escala completa)/(Amplitude de entrada)))/6.02

Uma “regra prática” de 6 dB SINAD por bit efetivo pode ser inferida dessa equação. Assim, a melhoria de meio bit efetivo equivale a uma redução de 3 dB (30%) no ruído, e a melhoria de um bit efetivo completo equivale a uma redução de 6 dB (50%) no ruído. Pequenas diferenças em ENOB significam muito em termos de ruído vertical (amplitude de voltagem).

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre vários tipos de ruído e por que o número nominal de bits do ADC não é totalmente alcançado quando implantado em digitalizadores ou osciloscópios.

ReferênciaParte 2: O que são bits efetivos ADC e ENOB do osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

O ADC ENOB é um limite superior no ENOB do osciloscópio, mas o ENOB do osciloscópio é o desempenho crítico a ser compreendido. Realisticamente, o ENOB do osciloscópio sempre será menor que o ENOB do ADC. Se um osciloscópio fizer afirmações específicas sobre o desempenho ENOB de seu ADC, provavelmente é um sinal de alerta de que o desempenho ENOB completo do osciloscópio é muito menor.

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre vários tipos de ruído e por que o número nominal de bits do ADC não é totalmente alcançado quando implantado em digitalizadores ou osciloscópios.

ReferênciaParte 2: O que são bits efetivos ADC e ENOB do osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

O teorema de Nyquist afirma que uma sinusoide pode ser reconstruída sem perda de informação, desde que seja amostrada digitalmente em duas vezes (ou mais) a frequência da sinusoide. Normalmente, isso significa que a taxa de amostragem mínima em um osciloscópio digital é 2.5 vezes a largura de banda em todos os canais. A taxa de amostragem de 2.5:1 para largura de banda (SR/BW) é a proporção usada (em vez do mínimo 2) para levar em conta que o osciloscópio não terá um filtro de parede de tijolos perfeito na largura de banda nominal. Menos do que a proporção SR/BW de 2:1 criará o risco de aliasing do sinal de entrada amostrado digitalmente.

Se os requisitos da taxa de amostragem de Nyquist não forem atendidos, o sinal é considerado subamostrado e não pode ser reconstruído sem perda de informação. Em vez disso, a reconstrução do sinal ainda ocorrerá, mas será uma reconstrução incorreta, chamada de aliasing.

ReferênciaParte 3: O que é aliasing de osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

A Faixa Dinâmica Livre Espúria (SFDR) é a razão (geralmente expressa em dB) da amplitude da raiz quadrada média (RMS) de um sinal de entrada fundamental do osciloscópio para a amplitude RMS do próximo maior sinal espúrio na saída do osciloscópio. A SFDR é geralmente medida no osciloscópio usando um FFT ou um display de amplitude vs. frequência do osciloscópio do tipo analisador de espectro. Os sinais espúrios podem ser causados ​​por distorção ou outros componentes de ruído, ou podem estar em uma frequência consistente com a frequência de amostragem do conversor analógico-digital (ADC) central.

SFDR é uma das verificações de qualidade mais mal compreendidas que os engenheiros realizam em osciloscópios. Qualquer ADC exibirá esporas nas frequências de amostragem, e essas esporas geralmente são de amplitude tão baixa (comparadas à fundamental de entrada) e de banda de frequência tão estreita que a taxa SFDR está bem acima (não tão pior quanto) a taxa sinal-ruído de ruído de base ou a taxa sinal-ruído-e-distorção (SINAD) para uma determinada frequência de entrada. Ocasionalmente, um osciloscópio pode exibir componentes de distorção sérios em frequências específicas, o que é facilmente exposto por um teste SFDR, mas isso não é comum.

ReferênciaComparando abordagens de projeto de osciloscópios de alta resoluçãopara mais detalhes sobre SFDR em osciloscópios.

ReferênciaParte 4: O que é a faixa dinâmica livre espúria do osciloscópio (SFDR)?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

Corretamente chamado de osciloscópio de amostragem de tempo equivalente, um osciloscópio de amostragem fornece uma amostra por disparo, com um pequeno atraso de tempo adicionado após cada disparo para reconstruir uma forma de onda repetitiva de vários eventos disparados. A largura de banda de medição é limitada apenas pela resposta de frequência do amostrador, que pode ser muito alta a um custo muito baixo. A limitação é que um osciloscópio de amostragem não pode capturar uma forma de onda contínua.

Um osciloscópio de amostragem só pode adquirir um sinal repetitivo, enquanto um osciloscópio de tempo real pode adquirir uma forma de onda de tempo contínua em um registro de amostra contínua.

ReferênciaParte 6: Qual é a diferença entre um osciloscópio em tempo real e um osciloscópio de amostragem?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

Osciloscópio de fósforo digital (DPO) é um termo de marketing usado pela Tektronix para descrever seus osciloscópios que utilizam uma arquitetura de exibição de forma de onda rápida (mais recentemente comercializada como Tecnologia DPX) para imitar a aparência de exibição de um display CRT de feixe de fósforo usado em um osciloscópio analógico.

Alguns outros fabricantes de osciloscópios têm recursos semelhantes. Todos eles otimizam a atualização do display (refresh) às custas do armazenamento de dados, então se uma anomalia for visualizada durante a exibição de atualização rápida, ela não pode ser salva ou recuperada para inspeção posterior. Além disso, eles ainda são baseados em técnicas de captura digital e, portanto, têm grandes quantidades de tempo morto durante os quais não estão capturando (ou exibindo) formas de onda (ou anomalias). Osciloscópios com atualização rápida são tipicamente utilizáveis ​​apenas em aquisições muito curtas de sinais repetitivos, e a taxa de atualização degrada em períodos de tempo mais longos (e mais úteis), e eles não são muito úteis para visualizar mais de um sinal por vez. Em essência, o recurso foi concebido durante uma época em que os osciloscópios analógicos estavam em transição para osciloscópios digitais, e não há mais muito uso prático desse recurso para a maioria dos clientes.

ReferênciaParte 9: O que é um osciloscópio de fósforo digital?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

Uma exibição de taxa de atualização rápida pode fornecer usabilidade e conforto para alguém que está acostumado com um osciloscópio analógico (embora a maioria desses engenheiros já tenha se aposentado há muito tempo). Eles também podem ser úteis para um engenheiro que está visualizando um sinal repetitivo de duração muito curta com muitas anomalias óbvias. Engenheiros que estão capturando intervalos de tempo mais longos e não repetitivos provavelmente acharão que taxas de atualização rápidas são um recurso interessante que tem pouco uso na depuração do mundo real.

Diagramas de olho e padrões de olho são ferramentas de exibição que são usadas para avaliar a qualidade do sinal de um sinal digital sobrepondo os níveis digitais para cada bit (junto com quaisquer transições antes ou depois de cada bit) para fornecer uma avaliação visual rápida da qualidade do sinal digital. Idealmente, o diagrama/padrão de olho é bem aberto no meio com um topo claro (nível digital 1), base (nível digital 0) e transições (bordas ascendentes e descendentes de transições de nível digital). Sinais multinível, como PAM-3 ou PAM-4, também podem ser exibidos como diagramas de olho.

Um diagrama de olho e um padrão de olho são duas maneiras de descrever a mesma coisa.

ReferênciaParte 11: O que é um diagrama de olho de osciloscópio?na série de webinars Oscilloscope Coffee Break de 2024 para mais detalhes.

Existem dois métodos básicos para exibir um diagrama de olho usando um osciloscópio digital.

O primeiro método é o mais básico, mas tem mais limitações. Um gatilho de borda é usado para disparar no nível de 50% de uma borda de sinal digital ascendente ou descendente, com a base de tempo do osciloscópio definida para ser um pouco maior do que um único período de bit, e o ponto de gatilho do osciloscópio definido para ser cerca de um quarto da borda esquerda da grade do osciloscópio. A persistência de exibição é usada para capturar muitas aquisições curtas de um único período de bit, e os sinais disparados são sobrepostos para observação visual. Este método é intuitivo, mas não fornece um diagrama de olho de um sinal contínuo, não permite nenhum tipo de pós-processamento para determinar a causa de quaisquer anomalias do diagrama de olho e é afetado pelo jitter de gatilho adicionado do osciloscópio. É uma boa e rápida verificação se um sinal digital tem boa qualidade.

O segundo método é mais robusto e mais amplamente usado, especialmente com sinais de dados seriais de alta velocidade. Uma aquisição longa e contínua é feita de um sinal digital e o relógio é extraído matematicamente, com o período de tempo extraído do relógio usado para "fatiar" matematicamente a aquisição contínua em períodos de bits que são sobrepostos para formar o diagrama do olho. Como os dados são contínuos, o processamento matemático adicional também pode ser realizado para simular o uso de um loop de fase bloqueada (PLL) no circuito do relógio, calcular jitter, medir vários aspectos da abertura do olho (amplitude, largura, etc.) e depurar quaisquer anomalias presentes.

Um osciloscópio de amostragem (descrito em uma FAQ anterior) cria um diagrama de olho por meio do uso de um circuito de recuperação de clock de hardware que funciona com o módulo de amostragem para criar o diagrama de olho. Isso é geralmente considerado um método arcaico hoje em dia e não é amplamente usado, a menos que o sinal de dados seriais de alta velocidade possa ser completamente analisado e avaliado com aquisições de dados não contínuas (não em tempo real). Nesse caso, esse método é perfeitamente satisfatório e tem um custo muito baixo para a largura de banda do osciloscópio fornecida. No entanto, ele requer hardware diferente sempre que o sinal tiver diferentes taxas de bits ou requisitos de PLL.