Velocidad de muestreo en los osciloscopios

Velocidad de muestreo en los osciloscopios

La velocidad de muestreo, expresada en Megamuestras ("MegaSamples") por segundo (Ms/sg), especifica con qué frecuencia un osciloscopio digital tomará una instantánea, o una muestra, de la señal; cuanto más rápida sea, mayores serán la resolución y el detalle de la forma de onda reproducida, y menor la probabilidad de que se pierda información crítica o eventos de interés, como se muestra en la Figura siguiente.


La velocidad de muestreo mínima también puede ser importante si se necesita ver señales que cambien lentamente a lo largo de grandes períodos de tiempo.


Típicamente, la velocidad de muestreo utilizada cambia al modificar el control de la escala horizontal (base de tiempos) con el fin de mantener un número constante de puntos en el registro de la forma de onda presentada.

señal original y captura de la misma

Señal original y captura de la misma

¿Cómo se pueden calcular los requisitos de velocidad de muestreo?

El método difiere en función del tipo de forma de onda que se está midiendo y del método de reconstrucción de señal utilizado por el osciloscopio.


Con el fin de reconstruir con precisión una señal y evitar el aliasing (presentación de señales no existentes), el teorema de Nyquist dice que  hay que muestrear la señal al menos dos veces más rápido que su componente de frecuencia más elevada . Este teorema, sin embargo, da por supuesto una longitud de registro infinita y una señal continua, pero dado que ningún osciloscopio ofrece una longitud de registro infinita y, por definición, los espurios no son continuos, el muestreo a solamente dos veces la  velocidad de la componente de frecuencia más elevada, generalmente no será suficiente.


En realidad, la reconstrucción precisa de una señal, depende de la velocidad  de muestreo y del método de interpolación utilizado para rellenar los espacios entre las muestras. Algunos osciloscopios permiten seleccionar una interpolación seno (x)/x para la medida de señales sinusoidales, o bien una interpolación lineal para señales cuadradas, pulsos y otros tipos de señal.

pantalla velocidad de captura osciloscopio SIGLENT

Para una reconstrucción precisa utilizando la interpolación senoidal, el osciloscopio deberá tener una velocidad de muestreo de al menos 2,5 veces la componente de frecuencia más elevada de la señal.

Utilizando  la interpolación lineal, la velocidad de muestreo, deberá ser al menos 10 veces la componente de frecuencia más elevada de la señal.

Onda sinusoidal con interpolación

En definitiva, la máxima velocidad de muestreo de un osciloscopio debe ser, al menos, 5 veces superior a su ancho de banda (preferiblemente 10 veces), es decir, para un osciloscopio de 1 GHz de ancho de banda, la frecuencia de muestreo mínima debería ser de 5 GS/sg

Inserte su cita/frase twitteable aquí

Haz clic para twittear

Velocidad de captura de formas de onda en los osciloscopios

      Velocidad de captura de formas de onda en los osciloscopios

La  velocidad de captura  expresada en formas de onda por segundo (wfm/sg), representa la rapidez con la que un osciloscopio adquiere formas de onda completas, a diferencia de la  velocidad de muestreo,  que indica con qué frecuencia, el osciloscopio toma muestras de la señal de entrada dentro de una forma de onda

Las velocidades de captura de forma de onda variarán ampliamente, dependiendo  del tipo y nivel de prestaciones del osciloscopio. Los osciloscopios con altas velocidades de captura de forma de onda ofrecen una sensación  visual más completa acerca del comportamiento de la señal, y aumenta  extraordinariamente la probabilidad de que el osciloscopio capture rápidamente  anomalías transitorias tales como inestabilidades, espurios o errores de transición.

Los osciloscopios de memoria digital (DSO) utilizan una arquitectura de procesamiento en serie que permite capturar entre 10 y 5.000 wfms/s.  Algunos DSO tienen un modo especial que captura una ráfaga de múltiples señales sobre una gran memoria, proporcionando temporalmente velocidades muy elevadas de captura de formas de onda, seguidas por largos períodos de tiempo de procesamiento, que reducen la probabilidad de capturar eventos esporádicos e intermitentes.

Arquitectura de osciloscopio digital tradicional

Arquitectura de osciloscopio digital tradicional

En el osciloscopio de almacenamiento digital tradicional (DSO), el procesamiento y la visualización de datos de la forma de onda se completan dentro de la CPU que es el cuello de botella de toda la adquisición, procesamiento y visualización de los datos, pues para comenzar la adquisición del siguiente cuadro, habrá un gran intervalo de tiempo de espera a que la CPU termine de completar el procesamiento del cuadro anterior. 


Con referencia a la Figura 2, el tiempo entre dos fotogramas adquiridos se denomina tiempo muerto de adquisición del osciloscopio. El tiempo muerto de los osciloscopios de almacenamiento digital tradicionales es muy largo, de modo que los fallos ocasionales son difíciles de capturar, ya que caen con facilidad dentro del periodo de tiempo muerto.

El tiempo muerto entre dos cuados

Figura 2: El tiempo muerto entre dos cuados

Con tecnologías como la DPO de TEKTRONIX o la SPO de SIGLENT, el problema de los tiempos muertos se ha minimizado, pues gracias a nuevas arquitecturas de procesamiento se consiguen velocidades de hasta 170.000 wfm/sg, en aplicaciones en las que los equipos tradicionales no pasaban de las 200 wfm/seg.

En particular, la tecnología SPO hace uso de un motor de procesamiento de imágenes en base a un grupo de FPGA para completar el procesamiento y la visualización de las formas de onda.

Arquitectura SPO de SIGLENT

Arquitectura SPO de SIGLENT

Motor de procesamiento de gráficos y adquisición de formas de onda SPO

Figura 4: Motor de procesamiento de gráficos y adquisición de formas de onda SPO

Evidentemente estas tecnologías, y en particular una alta tasa de captura de formas de onda facilitan descubrir rápidamente fenómenos ocasionales, que de otro modo requeriría horas de trabajo infructuoso, mejorando mucho la eficiencia del trabajo ( ver figura 5).

La alta tasa de captura de forma de onda puede encontrar señales anormales rápidamente

Figura 5: La alta tasa de captura de forma de onda puede encontrar señales anormales rápidamente

Inserte su cita/frase twitteable aquí

Haz clic para twittear

EasyPulse Technology of Siglent’s New-Generation Waveform Generator

At present, the method used to generate pulse signal by most of the signal generator is to fill the DDS waveform memory with the original pulse data. Editing the pulse waveform data table in advance, DDS can output the right pulse waveform corresponding to different rising and falling edge. Such kind of pulse waveform’s edge and width can be fine adjusted, also with low jitter. Please see the block diagram below:

But there are some big defects for the methods:

● Be affected by frequency parameter, the rising and falling edge would be very slow under low frequency;

● Be limited by waveform length, the duty cycle can’t be very small;

● Waveform data need to be updated when changing the pulse’s frequency, edge and width. If the waveform length is large, it need long time to change parameters of pulse.

To solve these problems, Siglent innovate a new algorithm about pulse generation. It is called EasyPulse technology which is built in the new SDG5000 series waveform generator. Based upon the EasyPulse, SDG5000 can produce low jitter, rapid rise and fall edge, without affected by frequency; extreme duty cycle; edge and width can be adjusted in large range, and fine. Here’s the block diagram:

Advantages of the innovative EasyPulse can be listed as following:

● Can output rapid rise and fall edge (6ns) under very low frequency (less than 1Hz);

● Pulse width can be 12ns under low frequency, with extreme duty cycle;

● Parameters of pulse can be easily and immediate changed without updating any waveform data;

● Edge and pulse width can be adjusted widely.

Technical specifications for pulse signal of SDG5162 waveform generator:

PeriodMaximum 1000000s: Minimum 25 ns
Pulse width≥ 12ns, 100ps resolution
Duty Cycle0.0001% ~ 99.9999%
Rise/Fall time6ns ~ 6s, 100ps resolution
Over shoot< 3%
Jitter (Cycle to Cycle )< 100ps(typical values, RMS)

Here’re several measurements, to verify the outstanding performance of EasyPulse:

1. As indicated in P1, EasyPulse can kept rapid rise edge and fall edge (6ns); but ordinary DDS pulse edge is very slow (in millisecond).

P1 Comparison of Pulse signal edge under 1Hz low frequency

2. For 1Hz pulse waveform, minimum width of EasyPulse can be 12ns with small duty ratio (less than 0.0001%). But pulse width of ordinary DDS is large and duty cycle can’t be adjusted small.

  P2 Comparison of pulse duty cycle under 1Hz low frequency

3. When waveform generator outputs 0.1Hz pulse waveform. Edge of EasyPulse can be adjusted in large range, minimum edge is 6ns, and maximum edge is 6s; however there’s limitation for adjustment of ordinary DDS pulse edge.

P3 Comparison of edge adjustment of low frequency 0.1Hz pulse signal

4. Using Siglent oscilloscope to measure the cycle to cycle jitter of EasyPulse, the RMS value (sdev value) is under 100ps.

P4 EasyPulse waveform with low jitter

As seen from these pictures, the performance and parameters of EasyPulse is perfect, any kinds of pulse signal can be easily output. No matter for high frequency or low frequency, EasyPulse performance can be kept.


SDG5000 from Siglent, with perfect EasyPulse. You, deserve it!

Integridad de la señal

Integridad de la señal

¿Es consciente del impacto que tiene el "ruido" de la integridad de la señal en la red industrial?

Integridad de la señal

El "ruido" u otras perturbaciones en la señal digital de la red son algunas de las causas más importantes de las interrupciones en una red industrial. Las redes industriales se han diseñado para ser inmunes al ruido en general, pero, aun así, las desviaciones de la integridad de la señal pueden producir problemas en la red.

Las desviaciones de la señal son a menudo la consecuencia de las condiciones extremas de funcionamiento del entorno y los componentes eléctricos que se encuentran en las instalaciones industriales.

La desviación de la integridad de la señal se puede observar desde dos aspectos/perspectivas/dimensiones

      • Δ amplitud
      • Δ tiempo

Realice siempre una inspección inicial de los segmentos en la instalación. Cualquier cambio en las características de la forma de onda suele ser un indicador del origen de un problema.

Impacto del ruido en las redes industriales:

  • Las desviaciones en la integridad de la señal pueden ocasionar que el dispositivo receptor genere un código de error de estructura (errores CRC o FCS). Los fallos de señales eléctricas provocan errores de comunicación en el protocolo digital.
  • Estos errores pueden producir una retransmisión excesiva, lo que crea retrasos y demasiado tráfico de red.
  • Los errores pueden ser permanentes o temporales.

Análisis de la integridad de la señal:

  • Un analizador de red típico únicamente indica que se están produciendo errores, pero rara vez diagnostica el origen del problema que proviene de los fallos de integridad de la señal.
  • Use un osciloscopio para inspeccionar visualmente la forma de onda de la señal en busca de errores de ruido en la Δ amplitud o el Δ tiempo.
  • Emplee el modo de detección de picos y envolvente/persistencia de la forma de onda para capturar y visualizar toda la extensión de las desviaciones de la integridad de la señal.
  • Algunos osciloscopios ofrecen un modo de "patrón visual" que resalta toda la extensión de las desviaciones relativas a la amplitud y el tiempo.

Ejemplos de desviaciones de la integridad de la señal que se muestran en un osciloscopio.

Incertidumbre de medida

Incertidumbre de medida

¿Cómo afecta la precisión del multímetro digital a la próxima medida que realice?

Incertidumbre de medida

La capacidad del tanque de gasolina de un automóvil de unos 75 litros tiene una medida de incertidumbre de +/- 1%, lo que equivale a una incertidumbre de 0,75 litros. En el caso de la distancia, con un consumo de gasolina de unos 8,5 km/l, la incertidumbre es de unos 6,5 kilómetros. Cuando el tanque esté casi vacío, ¿tendrá suficiente gasolina como para viajar 1,5 kilómetros o 6,5 kilómetros?

La incertidumbre de medida es una estimación del posible error en una medida. También es una estimación del rango de valores que contiene el valor verdadero de la cantidad medida. Asimismo, representa la probabilidad de que el valor verdadero esté dentro de un rango de valores indicado.

Los factores más importantes que llevan a error en las medidas con instrumentos digitales son:

  • La deriva, la desviación y el ruido hallados en las señales de entrada del medidor que condicionan los circuitos.
  • Los errores asociados a los procesos de conversión de analógico a digital, como el ruido y la linealidad del rango.

La incertidumbre del multímetro digital:

  • Se expresa como +/- (porcentaje de la medida + porcentaje del rango) y depende de las condiciones de temperatura y del tiempo que ha transcurrido desde la última calibración realizada.
  • Se suele especificar a temperatura ambiente: 23 +/- 5 °C. Se proporciona un coeficiente de temperatura para calcular la incertidumbre de las medidas realizadas con valores fuera de este rango.

Los fabricantes normalmente garantizan la especificación de incertidumbre de medida durante hasta 1 año tras la última calibración realizada.

Impacto de la incertidumbre de medida:

  • Si el valor de incertidumbre de un medidor es superior al valor de tolerancia de la medida, los resultados de ésta no son fiables.
  • Se debe tener en cuenta la incertidumbre de medida para determinar el nivel de confianza en un valor medido relativo a los requisitos de medida.
  • Para lograr un alto grado de confianza, las mejores prácticas sugieren que la relación de incertidumbre de medida con respecto a la incertidumbre del requisito de medida supere el valor 4:1 (relación de incertidumbre de medida).
  • Por ejemplo, la medición de un circuito de referencia de 1,25 voltios (el producto REF3312 de Burr Brown) que posee una precisión del 0,15% o 1,25 V +/- 1,875 mV.

Incertidumbre de medida

A %d blogueros les gusta esto: