Tel.: (11) 3078-4221
Vai enviar produtos p/ manutenção Ligue antes!
Suporte Wiki Osciloscópios Digitais

Osciloscópio Digital

Principais Vantagens dos Osciloscópios Digitais

Existem diversas vantagens em se utilizar osciloscópios digitais, as principais seriam:

  •     Possibilita medidas diversas no sinal de forma mais precisa e direta, neste caso inclusive apresentando valores digitalizados;
  •   Captura de sinais não periódicos e eventos no tempo;
  •  Visualização do sinal antes do disparo (pre-trigger);
  •  Processamento matemático do sinal;
  • Visualização e armazenagem do sinal por tempo indefinido;
  • Permite visualização estática de sinais na tela independente de sua freqüência ou repetibilidade.

Em função da alta velocidade de processamento dos micro-processadores atuais, é comum existirem Microcomputadores tipo PC acoplado a um osciloscópio digital (POD) que incorporam blocos analógicos e de conversão A/D. É comum o uso de sistemas operacionais do tipo Windows no gerenciamento do instrumento e comunicação USB. Existem também placas de aquisição de dados (tipo ISA) com as funções básicas de um osciloscópio adaptadas para serem acopladas diretamente à computadores do tipo PC.

Descrição básica um osciloscópio com armazenamento digital (DSO)?

 

Fica mais fácil para se entender como é o funcionamento de um DSO, se fizermos uma analogia com um osciloscópio analógico.

Enquanto o analógico faz um processamento das medidas diretamente no feixe de elétrons, o osciloscópio digital fazem uma leitura do sinal, processam e armazenam em memórias digitais.
Este processamento deve ser capaz de armazenar as leituras utilizando-se de tanta memória quanto possível para poder apresentadas sem degradação.

No osciloscópio analógico a entrada vertical é amplificada, nos digitais a entrada vertical passa por um processamento que converte o sinal analógico para digital, criando um vetor de informações digitais que é armazenado na memória. Geralmente os osciloscópios contam com 8 bits de resolução, isto quer dizer que, existe um conversor AD (Análogo-Digital) de 8 bits de alta performance, que converte o sinal digital em até 255 níveis.

Após o disparo (sincronismo horizontal), um processamento matemático é executado, apresentado o sinal um display digital de modo semelhante aos monitores de vídeo de computadores. Enquanto os Osciloscópios Analógicos apresentavam as informações em uma tubo de raios catóticos, os DSO processam estas informações armazenados e apresentam na tela LCD do DSO. O resultado é semelhante, contudo por terem os dados armazenados os DSO permitem diversos recursos que os analógicos não conseguem alcançar. Veja mais adiante estas funções.

Principais características

Amostragem do sinal em Tempo Real

Uma das características mais importantes em um osciloscópio digital é sem dúvida a amostragem de sinal em tempo real. 

um conversor A/D “amostra” o sinal de entrada e o converte para a forma digital em intervalos de tempo regulares e precisos, isto é definido na base de tempo horizontal. 

Em geral a taxa de amostragem é tal que uma média de 500 a 1000 pontos são adquiridos durante o tempo correspondente a 1 tela.
Para sinais rápidos, nem sempre é possível obter tal número de pontos devido à máxima taxa de amostragem do conversor A/D.
Deve-se respeitar, neste caso, o critério de Nyquist para sinais amostrados, onde a freqüência de amostragem fs deve ser no mínimo duas vezes superior à máxima freqüência contida no sinal.


 

Na grande maioria os osciloscópios comerciais, possuem conversores A/D com taxa máxima de amostragem de 2 a 10 vezes superior à sua banda passante (BW).
Por exemplo, Um osciloscópio digital com BW de 25 MHz faz-se necessário um conversor A/D com taxa máxima de amostragem de pelo menos 50 MS/s (samples per second – amostras por segundo). Note-se que os principais parâmetros dos osciloscópios digitais são a Banda e a Freqüência de amostragem e definem em grande parte o preço final do instrumento.

Obs.: O critério de Nyquist é utilizado como parâmetro limite para que se possa visualizar corretamente (recuperar) o sinal amostrado de entrada, através de interpolações (normalmente 

lineares).

Scope-PC Osciloscópio baseado em computador

 

Como um Osciloscópio digital, em sua essência nada mais é que um produto com um poderoso CPU e um conversor analógico-digital, sendo assim, é possível utilizar um Micro-Computador PC com um conversor externo, aproveitando o poder de processamento do PC (no caso memória e comunicação), o monitor que substituíra o display, interface de controle, armazenamento em disco, rede e muitas vezes a alimentação elétrica. A viabilidade destes Osciloscópio baseados em PC esta no seu uso comum e no baixo custo dos PCs padrão. Isto torna o instrumento particularmente prático para o mercado educacional, onde os PCs são comuns porém os investimentos em equipamentos são comumente baixos.

As vantagens dos osciloscópios baseados em PC incluem:

  • Custo reduzido (considerando que o usuário já possua um PC).
  • Fácil exportação de dados para softwares comuns do PC como processadores de texto e planilhas (na verdade os osciloscopios digitais proveen deste recurso através da USB ou serial).
  • Habilidade de controlar o instrumento através de um programa no PC.
  • Uso das funções de rede e armazenamento do computador, que aumentam o custo em um osciloscópio comum.
  • Portabilidade mais fácil quando utilizado em uma laptop.

Este tipo de instrumento também possui desvantagens, entre elas:

  •   Necessidade de instalar o software no PC.
  •   Tempo levado pelo boot do PC, quando comparado ao tempo praticamente instantâneo de início de atividades de um osciloscópio padrão
  • Portabilidade reduzida em uma desktop.
  •    O inconveniente de usar parte da tela do PC como display do osciloscópio.
  •   A maioria dos Scope-PC do mercado possuem péssima amostragem do sinal em tempo real, pois não dispõe de tecnologia A/D.
  •  Portabilidade reduzida, pois um osciloscopio é "Stand alone" e muitos possuem bateria como item opcional. 

Sub-Amostragem do sinal (Aliasing)

Sub-Amostragem é um fenômeno que o ocorre quando a freqüência de amostragem do conversor A/D é inferior ao dobro da máxima freqüência do sinal (fs < 2fmax), neste caso uma espécie de batimento entre as duas freqüências, distorcendo o sinal visualizado. Este fenômeno também é conhecido como aliasing.

O que é Osciloscópio Digital?

 

Também conhecidos por DSO Digital Storage Oscilloscope ou osciloscópio com armazenamento digital, este instrumento tem ampliado cada vez mais seu espaço na indústria e seu range de aplicações tem-se ampliado largamente. Na verdade, em um passado não muito distante os DSO eram instrumentos extremamente caros e devido ao processamento eram também limitados. Contudo hoje, existem osciloscópios digitais com preços muito parecidos aos analógicos, tornando acessíveis inclusive a Hobistas e empresas pequeno porte.

Com a rápida evolução dos microcontroladores os DSO estão cada vez mais potentes e tendem a se tornar absolutos deixando os osciloscópios analógicos como coisas do passado.

É interessante notar que empresas e ainda técnicos tendem a procurar os osciloscópios analógicos, mas aos poucos os próprios fabricantes tem abandonado os antigas telas CRT em favor dos displays LCDs.

Amostragem do sinal em Tempo Equivalente

 

Existem amostras de sinais repetitivos, neste caso usa-se um recurso de sobre-amostragem que permite aumentar consideravelmente o número de pontos horizontais, e conseqüentemente sua resolução,  pela composição de várias varreduras horizontais sobrepostas.
Muito usado também em osciloscópios de altas freqüências (> 1 GHz), quando os conversores A/D disponíveis não conseguem amostrar o sinal à uma taxa superior à freqüência de Nyquist.  

A cada seqüência de amostragens é efetuada com a máxima velocidade do conversor. A reprodução do sinal é feita a partir da superposição das diversas seqüências. Neste caso, É requerido um preciso tempo entre o disparo (trigger) em cada uma das amostras (t0, t1, t2, t3...). Isto só é possível, pois circuitos interpoladores temporais procedem uma subdivisão do tempo mínimo de amostragem, criando um aumento significativo da resolução temporal com fatores entre de 10 até 100 vezes. 

O intervalo de tempo entre o disparo e a primeira amostragem das várias seqüências (t0, t1, t2, t3...) podem variar de norma seqüencial ou aleatória.

História

 

Osciloscópio de raios catódicos, é um instrumento com mais de 100 anos de existência, e foi inventado em 1897 por Ferdinand Braun, com a intenção de analisar as variações com o tempo de intensidade de tensão. Foi então neste mesmo ano em que J.J. Thomson mediu a carga do elétron a partir da sua deflexão por meio de campos magnéticos o que possibilitou a invenção dos tubos de raios catódicos feitos por Welhnet, em 1905, viabilizando a industrialização deste tipo de equipamento que até hoje, com muitos aperfeiçoamentos, evolui constantemente.

Profundidade de Memória Horizontal

Também conhecida como "record length" ou "Deep Memory", é feita através da análise de sinais complexos onde componentes de diversas freqüências estão presentes, estes dados são registrados no aparelho em "Pacotes" de bits. Para se obter estes dados é necessário de uma alta taxa de amostragem associada a uma base de tempo elevada capaz de adquirir um ou mais períodos referentes à menor freqüência possível. Para isto é necessário um tempo total de aquisição elevado, sendo portanto necessárias memórias de grande capacidade na ordem de MegaBytes isto varia de acordo com a qualidade e tipo do instrumento. Normalmente somente uma parcela do sinal no tempo é visualizada simultaneamente na tela, devida ao de sua resolução limitada. Outro ponto importante, que muitos não sabem, é que esta memória deve operar à uma velocidade igual ou superior à máxima taxa de amostragem do conversor A/D, encarecendo consideravelmente o custo do osciloscópio digital.

Osciloscópios Digitais

 

O Instrumento Osciloscópio é um importante aparelho que permite visualizar um gráfico bi-dimensional as medidas em uma tela geralmente retangular. O instrumento apresenta eixo X o tempo ou período de leitura e o eixo Y a tensão ou DDP (Diferença de Potencial). Na verdade pode-se notar o deslocamento de um ponto que varre a tela da esquerda para direita.

Hoje os osciloscópios tiveram uma evolução significativa, e podem ser de dois tipos principais, ou seja, osciloscópios analógicos e digitais. Evidentemente os osciloscópios digitais são os mais avançados e apresentam conceitos e funções que os analógicos não conseguem alcançar.

Nos artigos deste site iremos aos poucos destrinchar todas as características e funcionalidade de um osciloscópio digital através de diversos artigos, dados e respondendo ao fórum as eventuais duvidas que forem apresentadas.

Processamento Digital do Sinal

Esta característica é o grande diferencial entre osciloscópios digitais e analógicos, pois com as possibilidades de tratamento digital dos sinais os osciloscópios digitais abrem uma série de novas possibilidades ausentes nos analógicos. Isto esta praticamente nocauteando os osciloscópios analógicos.

Os principais tipos de processamento encontrados são:

 

EXEMPLO:

Sinal original                                              Sinal Resultante
Ruído 10 mV(RMS)  => após 32 persistencias  =>   Ruído 1.8 mV(RMS)
Resolução 8 Bits                                                                                                 Resolução 13 Bits

Nota: Deve-se também considerar que quanto maior o número de médias,

maior o tempo total de processamento do sinal, devendo-se encontrar para 
cada caso um compromisso mais adequado entre tempo de processamento 
e qualidade desejada. O recurso de médias é muitas necessário para uma 
correta medição automatizada dos parâmetros do sinal.

  • Funções Matemáticas

Operações como +, -, x, ÷, log, exp, FFT e podem ser executadas entre os canais ou a partir de outros sinais armazenados em memórias auxiliares.

 

Nota: a operação FFT (Fast Fourier Transform – Transformada Rápida de Fourier)

permite que o osciloscópio digital funcione como um analisador de espectros
(visualização do sinal no domínio da freqüência).

 

  • Interpolação

A visualização do sinal na tela pode ser melhorada pela adição de linhas a partir de uma interpolação efetuada entre 2 pontos adjacentes, podendo ser dos tipos linear, polinomial, sen x / x, etc.

  • Medições Automáticas

Um conjunto de medidas temporais (período, freqüência, largura de pulso, etc.) e de amplitude (valor médio, RMS, pico, etc.) podem ser efetuadas automaticamente a partir de funções pré definidas no sistema operacional do osciloscópio.

 

  • Média ponto a ponto (average)

Um certo nível de ruído está sempre presente nos sinais analisados e no próprio processo de conversão A/D (erro de quantização, de linearidade, ruído térmico, etc). 
A média aritmética em cada ponto no tempo a partir de uma série de aquisições idênticas (para um sinal repetitivo) possibilita uma redução significativa do ruído presente no sinal bem como um aumento da sua resolução vertical no momento da visualização. Considerando um ruído aleatório e superior ao ruído de quantização do conversor A/D, n médias aplicadas possibilitam:

  • Redução do ruído:  multiplica-se o ruído original por essa constante);
  • Aumento da resolução:(soma-se essa constante à resoução original do conversor A/D).

Contate-nos agora!

Convide-me para um chat
skype chat

Pergunte Agora!
Pergunte-nos Sobre
Nossos Produtos/Serviços

Contate-nos!