Cómo escoger un osciloscopio

Si trabajas en el campo de la electrónica, es probable que tengas un osciloscopio en tu mesa de trabajo. Debido a que este campo se vuelve más complejo día a día, tarde o temprano necesitarás un osciloscopio nuevo. ¿Cómo elegir el más adecuado para tus necesidades?

Pasos

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Recuerda que la especificación de ancho de banda de un osciloscopio es la frecuencia del "punto de -3 dB" de una señal de onda sinusoidal con una amplitud particular; por ejemplo, de 1 Vpp. A medida que la frecuencia de la onda sinusoidal sube (sin dejar de mantener la amplitud constante), la amplitud medida bajará. La frecuencia a la que esta amplitud es menor que -3 dB es el ancho de banda del instrumento. Esto significa que un osciloscopio de 100 MHz mediría una onda sinusoidal de 1 Vpp de 100 MHz a solamente unos 0,7 Vpp aproximadamente. ¡Eso representa un error de alrededor de 30 %! Para medir con mayor precisión, utiliza esta regla de oro: BW/3 es igual a un error de un 5 %; BW/5 es igual a un error de un 3 %. En otras palabras, si la frecuencia más alta que deseas medir es de 100 MHz, elige un osciloscopio de por lo menos 300 MHz, aunque mejor sería elegir uno de 500 MHz. Desafortunadamente, este último sería mucho más costoso.
Estas se construyen "sumando" los armónicos impares de la onda sinusoidal principal. Entonces, una onda cuadrada de 10 MHz se "construye" sumando una onda sinusoidal de 10 MHz + una onda sinusoidal de 30 MHz más una onda sinusoidal de 50 MHz y así sucesivamente. Regla de oro: consigue un osciloscopio con un ancho de banda de por lo menos un noveno armónico. Así que si vas a medir ondas cuadradas, es mejor conseguir un osciloscopio con un ancho de banda de al menos 10 veces la frecuencia de la onda cuadrada. Para ondas cuadradas de 100 MHz, necesitarás uno de 1 GHz y, evidentemente, un presupuesto mayor.
Las ondas cuadradas tienen tiempos de elevación y de caída. Hay una regla general fácil para poder saber qué ancho de banda requiere tu osciloscopio si estos tiempos tienen importancia para ti. Para osciloscopios con anchos de banda por debajo de los 2,5 GHz, calcula el tiempo de elevación (o caída) más pronunciado que se pueda medir en 0,35/BW. De modo que un osciloscopio de 100 MHz puede medir tiempos de elevación de hasta 3,5 ns. Para osciloscopios por encima de los 2,5 GHz (hasta los 8 GHz), utiliza 0,40/BW; y para los que estén por encima de los 8 GHz, utiliza 0,42/BW. ¿Tu tiempo de elevación es el punto de partida? Utiliza la regla a la inversa: si debes medir tiempos de elevación de 100 ps, necesitarás un osciloscopio de al menos 0,4/100 ps = 4 GHz.
Los osciloscopios de hoy en día son casi completamente digitales. Los pasos anteriores utilizaban la parte analógica del instrumento, antes de que llegaran los convertidores A/D que los hicieron "digitales". Aquí, el cálculo del ancho de banda y del tiempo de elevación puede ayudarte: un osciloscopio de 500 MHz tiene un tiempo de elevación calculado de 700 ps. Para reconstruirlo, necesitas al menos 2 puntos de muestra en este borde o, al menos, una muestra cada 350 ps o 2,8 Gsa/s (gigamuestras por segundo). Los osciloscopios no vienen con esta característica, así que tendrás que elegir un modelo con una velocidad de muestreo más rápida, por ejemplo 5 Gsa/s (lo cual resultará en 200 ps de "resolución de tiempo").
Es fácil, pues la mayoría de los osciloscopios vienen con configuraciones de 2 o 4 canales, de modo que puedes elegir la que necesites. Afortunadamente, si eliges uno de 4 canales en vez de uno de 2, el precio no se duplica, pero sí aumenta considerablemente. Los osciloscopios de gama alta (> = 1 GHz) siempre tienen 4 canales.
Dependiendo de la cantidad de la señal que quieres tener en "una sola captura", debes hacer bien tus cálculos: con 5 Gsa/s, tendrás una muestra cada 200 ps. Un osciloscopio con una memoria de 10 000 puntos de muestra puede almacenar 2 μs de tu señal. Un osciloscopio con 100 M de muestras (sí existen) puede almacenar 20 segundos. La memoria de señales repetitivas o "diagramas de ojo" es menos importante.
Un osciloscopio digital hace muchos cálculos de tiempo. Entre el momento del disparo (revisa el siguiente paso), tener la señal capturada en la pantalla, y la captura del siguiente evento disparado, la mayoría de los osciloscopios digitales "consumen" varios milisegundos. Esto se traduce en solo unas pocas "fotos" de tu señal por segundo (formas de onda por segundo), normalmente alrededor de 100 a 500. Un vendedor resolvió este problema con el llamado "fósforo digital" (de unos 4000 wfms/s a > 400 000 wfms/s para los mejores modelos), y otras personas siguieron esta iniciativa desarrollando tecnologías similares (pero no siempre sostenidas ni continuas, sino más bien en ráfagas). Esta tasa de repetición es importante porque esos errores y fallas raras en tu señal podrían ocurrir justo cuando el osciloscopio no está en su fase de captura, sino calculando la última captura que ha realizado. Cuanto mayor sea la tasa de repetición (tasa de wfms/s), mayores serán sus posibilidades de capturar ese evento poco común.
Todos los osciloscopios digitales incluyen algún tipo de disparador inteligente, lo que significa que se puede disparar no solo ante elevaciones o caídas de la señal. Si tu tasa de repetición es lo suficientemente alta, es probable que hayas visto esos fallos raros cada dos segundos. Entonces, es bueno tener un disparador de fallos transitorios.
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Consejos

Disparo, tasa de repetición y memoria: una vez que has encontrado un evento raro con una alta tasa de wfms/s, contar con el disparo adecuado es más importante que la tasa de repetición en sí, ya que tu osciloscopio se disparará solo en caso de un evento (poco frecuente), que se produce precisamente en raras ocasiones. Así que ya no necesitarás una alta tasa de repetición. Es posible que la memoria adquiera más importancia para poder analizar lo que haya sucedido antes o después del evento.
Recuerda que la basura que entra tendrá que salir, así que soluciona primero el problema del ancho de banda y el tiempo de elevación.

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