Los instrumentos de medida de Rigol incluyen hardware especializado que permite hallar errores en las señales de forma más rápida y analizarlos con mayor exactitud. El protagonismo corresponde a la memoria de datos profunda, que permite una adquisición más precisa de los datos.

La tecnología UltraVision de Rigol se basa en la interacción entre hardware especializado y software inteligente. Los datos convertidos A/D se manejan mediante un controlador de muestreo basado en hardware. La memoria de gran tamaño está conectada directamente al controlador, de manera que el almacenamiento de los datos se realiza sin necesidad de recurrir a la CPU. Cada acción que haya de procesar la CPU amplía el denominado “tiempo ciego” (“Blindtime”) y disminuye la velocidad de captura de la forma de onda en el lado opuesto. De forma parecida, la forma de onda mostrada en la pantalla se obtiene a partir de un trazador de formas de onda especial. Esto también se lleva a cabo sin incrementar la carga de trabajo de la CPU.

Las principales funciones están fijadas al hardware
Otras funciones como disparo, decisión de paso/fallo y registro de formas de onda se implementan en el hardware de manera que una vez más la CPU solo participa mínimamente en el manejo de estas funciones. Todo ello sirve para maximizar la velocidad de adquisición de la forma de onda. Para obtener un óptimo resultado de esta elevada velocidad de repetición de la onda el instrumento incorpora un visualizador con múltiples niveles de intensidad. En la pantalla se muestran múltiples formas de onda, unas sobre otras. Dependiendo de la frecuencia de aparición se escoge una intensidad distinta. Esto significa que las señales que aparecen raramente se visualizan con una menor intensidad. Hay 256 niveles disponibles y como resultado de esta funcionalidad es posible observar de un vistazo con qué frecuencia se producen errores o anomalías.

Otra parte extremadamente importante del juego de circuitos de UltraVision es su enorme memoria de datos. Gracias a ella es posible mantener la máxima velocidad de muestreo, especialmente con valores más grandes de tiempo/división. Esto es muy importante si es necesario adquirir períodos de tiempo más largos sin perder detalles de la señal.

Además Rigol ofrece una función denominada Record (Registro), que también forma parte de la tecnología UltraVision. Esta función combina el disparo inteligente y un almacenamiento eficiente de los datos. La señal adquirida se almacena en segmentos únicos de la memoria. La ventaja es que solo se almacenarán en la memoria disponible los eventos que aparecen raramente, los importantes y los interesantes, y no todos los datos (que no sean interesantes) en general.

¿Pero por qué motivo hemos de pensar en la velocidad de captura de la señal? La causa puede residir en la tecnología de los osciloscopios digitales. Cuando todos los osciloscopios eran analógicos, esta especificación era prácticamente desconocida o insignificante. La razón es que en los osciloscopios analógicos no hay manejo o almacenamiento de datos u otro posproceso. La señal de entrada se usa directamente para la deflexión vertical del haz electrónico. Solo existe un periodo de tiempo muy breve durante el cual no se visualizar ninguna curva en la pantalla TRC: cuando el haz electrónico conmuta de derecha a izquierda. A medida que el mundo se ha adentrado en la era digital los osciloscopios también se han digitalizado. Con este cambio ha surgido un enorme número de posibilidades, p.ej., el simple almacenamiento de datos, cálculos matemáticos y muchas más, pero estas ventajas también conllevan algunos inconvenientes. Una de ellas es el denominado “tiempo ciego”, que es el tiempo comparable al anterior tiempo de retorno del haz, pero la causa es diferente. En los osciloscopios digitales la señal de entrada está acondicionada y convertida de analógica a digital más o menos en tiempo real, pero posteriormente los datos se han de manejar y procesar. Mientras esto se lleve a cabo no se podrán capturar más datos a la entrada. El tiempo transcurrido hasta que se pueden almacenar datos nuevos a la entrada se define como “tiempo ciego”. Este intervalo de tiempo es tan largo que no se puede descuidar. El tiempo en el cual “no se ve” podría llegar al 99,9%. Dicho de otro modo, esto significa que solo se puede ver durante un 0,1% del tiempo. Todos los fabricantes de osciloscopios intentan reducir el “tiempo ciego” y aumentar la velocidad de captura de la señal con diferentes técnicas, por ejemplo el uso de procesadores con unas mayores prestaciones. La herramienta de Rigol frente al “tiempo ciego” es el juego de circuitos UltraVision.

A continuación se explicará con detalle la ventaja que ofrece una mayor velocidad de captura de la forma de onda. Como ejemplo se aplica a una señal cuadrada de 1MHz con una interferencia que aparece raramente. El error se produce 10 veces por segundo.
Tomemos en primer lugar un osciloscopio con una velocidad de captura de 1.000 formas de onda por segundo. Establecemos una base de tiempos de 500ns/div. Esto da como resultado un tiempo de visualización total (14 divisiones de pantalla) de 7ms. Si damos por sentado que no hay tiempo ciego podríamos decir que vemos una interferencia por cada 14.285 “capturas de pantalla” por término medio; equivalente a un tiempo de 14.285 * 7 ms = 100ms (por término medio).

Pero no olvidemos que se trata del valor teórico sin tiempo ciego. Esto significa alcanzar una velocidad de captura de unas 143.000 formas de onda/s. Con una velocidad de captura de tan solo 1.000 formas de onda/s y sin tener en cuenta la probabilidad, obtenemos un tiempo medio de 14,3 segundos hasta ver un error en la pantalla.

Con este sencillo cálculo ahora resulta sencillo comprender el efecto que tendrá una mayor velocidad de actualización de la forma de onda sobre el tiempo de detección de un error que se produce raramente. Una velocidad de captura de la señal diez veces más elevada conlleva (teóricamente) una visualización del error diez veces más rápida.

Los errores se pueden hallar y analizar con mayor rapidez
En el entorno de los laboratorios del mundo real, una velocidad de adquisición de la forma de onda más elevada ofrece dos ventajas importantes para que funcionen de manera más precisa y rápida. De entrada es necesario disponer de la capacidad de ver anomalías o errores. Una de las peores cosas es que los errores que se producen raramente se pasen por alto y provoquen problemas en el producto final. Además hay que acortar enormemente el tiempo de prueba o de medida sin que ello afecte al primer problema antes citado. Esto es importante porque, como todo el mundo sabe, el tiempo es dinero.

Estos dos puntos se pueden lograr mediante el uso de osciloscopios con una mayor velocidad de captura de la forma de onda. Pero disponer de una velocidad de actualización elevada no lo es todo. ¿Por qué no? Imaginemos una velocidad de adquisición de la forma de onda de 50.000 formas de onda/s y una velocidad de actualización del visualizador TFT de 50/s (50Hz). Esto da como resultado miles de formas de onda por actualización del visualizador, que aparecerán superpuestas en la pantalla. Si todas las formas de onda se visualizan con el mismo color o la misma intensidad no será posible separar los eventos raros de los habituales.

Aquí entra en juego el visualizador con 256 niveles de intensidad. Gracias a él, las señales que se producen raramente se visualizarán con una menor intensidad que las señales que se producen a menudo. Ahora es posible diferenciar ambas y se pueden aprovechar todas las ventajas que proporciona la elevada velocidad de captura de la forma de onda.

Pero UltraVision de Rigol es capaz de mucho más. Todos los osciloscopios que incorporan esta tecnología cuentan de serie con una memoria de datos profunda. ¿Por qué es importante disponer de memoria profunda?

Todos estaremos de acuerdo en que si solo se visualizan las señales cortas o rápidas, o las perturbaciones, la clave residirá en la elevada velocidad de muestreo y el adecuado ancho de banda (la palabra clave es el tiempo de subida). Pero si hay que supervisar la señal durante un período de tiempo más largo y existen otros picos o caídas de la señal a analizar, es absolutamente necesario disponer de memoria profunda. Para que esto quede más claro, observemos en primer lugar cuál es la relación matemática entre velocidad de muestreo, base de tiempos y memoria:

Los factores Time/div y número de divisiones se pueden combinar en el tiempo total visualizado.

Se obtiene así la fórmula:

Una memoria de datos más grande permite obtener medidas más precisas
En esta fórmula la memoria de datos es un parámetro fijo y los otros dos se pueden cambiar. El tiempo total visualizado se ve afectado por la aplicación. Por tanto la velocidad de muestreo es el parámetro que se ajustará dentro de la fórmula. A partir de esta relación se puede obtener este gráfico.

¿Qué se puede deducir de este gráfico? En pocas palabras, se puede decir que cuanto mayor es la memoria mayor es el tiempo durante el cual se puede mantener la máxima velocidad de muestreo.
El siguiente ejemplo está elaborado de manera artificial para destacar la ventaja que aporta una mayor memoria. El objetivo es generar la necesidad de capturar durante un largo período de tiempo con la máxima resolución horizontal que sea posible.Nuestra señal de prueba será un tren de impulsos con 8 ráfagas. La distancia entre las ráfagas será de 8 ms. El siguiente gráfico muestra la forma de cada ráfaga.

El objetivo es capturar las ocho ráfagas con un solo disparo, y para ello se necesita un tiempo total visualizado de 64 ms como mínimo. Dependiendo del ajuste de tiempo/div disponible y del número de divisiones escogemos 5ms/div. Con las 14 divisiones de nuestro osciloscopio el resultado es un tiempo total de 70ms.

En los siguientes pasos realizaremos la adquisición dos veces, pero con una profundidad de memoria diferente. En la primera medida la profundidad de memoria será de 1,4MPts y en la segunda adquisición se utiliza una profundidad de memoria de 140MPts. Tras realizar ambas medidas dispondremos de una vista detallada de la forma de un solo impulso del tren de impulsos.

El resultado: en la medida con la memoria más pequeña la velocidad de muestreo se ajusta en función de la fórmula anterior.

(en la imagen inferior de la pantalla la velocidad de muestreo es de 12,5 MS/s dependiendo del osciloscopio utilizado). Si se observa la ráfaga adquirida y ampliada se puede ver la información perdida. El motivo es que con la velocidad de muestreo más baja el tiempo entre puntos de muestreo es mayor y ya no se podría obtener información con detalle.

La vista de la medida con la máxima memoria de datos indica que la máxima velocidad de muestreo solo se ve reducida en un factor dos (hasta 2GS/s). La vista profunda de la ráfaga demuestra que se puede reproducir su forma original.
El osciloscopio de Rigol ofrece la función de registro (Record) añadida a la memoria profunda. Esta función resulta útil cuando hay que analizar las señales y/o los buses serie.

¿Qué hay tras la función de registro? A primera vista es una forma añadida de almacenar señales. Pero en realidad tiene mucho más potencial. Junto con las funciones de disparo disponibles en el osciloscopio se obtiene una herramienta de análisis muy potente. Así, se obtiene como complemento una gestión optimizada de la memoria. Por tanto solo se almacenan las partes importantes de la señal y no, digamos, una señal sin interés que desperdicia memoria.

El ejemplo es de nuevo el tren de impulsos comentado antes. Con los parámetros de disparo adecuados ahora disparamos sobre la ráfaga. La base de tiempos de puede ajustar a un valor más reducido. En memoria solo se almacenarán los datos relacionados con el evento de disparo. No se guardará el tiempo entre cada impulso (8ms), donde no sucede nada.

Una aplicación añadida que podría ser interesante es la combinación de la función de registro y la decodificación del bus serie. Por ejemplo, tomemos el bus I2C con más de tres participantes. El objetivo es analizar solo un esclavo (lectura y escritura). Rigol ofrece una solución sencilla para esta tarea: el disparador del bus serie y la función de registro.

El disparador del bus serie se configurará para disparar sobre la dirección del participante que haya que supervisar. A continuación se activará la función de registro y luego solo se almacenarán los mensajes procedentes o dirigidos a la dirección seleccionada. Tras finalizar el registro es posible observar cada mensaje almacenado y comprobar si todo funciona bien. Además solo se pueden reproducir automáticamente los mensajes guardados tras un retardo, por lo que también puede verse.

Rigol, como fabricante de instrumentos, también trabaja en el desarrollo y la distribución del estándar LXI (LAN eXtensions for Instrumentation). Este estándar incluye especificaciones y soluciones que permiten unir instrumentos y sistemas de medida y LAN. Rigol es un miembro estratégico del LXI-Consortium, cuya misión es promover e impulsar el estándar. La condición de “miembro estratégico” es el nivel más alto posible de pertenencia a LXI y da derecho a disponer de una plaza en el consejo de administración de esta organización sin ánimo de lucro.

Más información o presupuesto