¿Cuál es más preciso: el osciloscopio digital o el osciloscopio analógico?

¡Los osciloscopios digitales modernos son bestias analógicas sofisticadas!

La mayoría de los equipos analógicos y digitales de alta velocidad modernos, como las interfaces de computadora (USB, SATA, Gigabit Ethernet) se prueban, diseñan y perfeccionan utilizando osciloscopios digitales. Incluso muchos SoC que contienen periféricos analógicos y digitales complejos se validan mediante osciloscopios digitales. Por ejemplo, USB 3.0 puede tener velocidades de hasta 5 Gigas por segundo. Las interfaces se prueban literalmente mediante entradas de osciloscopio digital y se construyen cuidadosas configuraciones de prueba a su alrededor.

Incluso los bloques analógicos de alta velocidad, como ADC, amplificadores, filtros y osciladores, se prueban con DSO.

Sin embargo, desde el punto de vista de la compra, estos son osciloscopios muy caros. Para obtener el ancho de banda analógico más alto disponible, las cajas de compañías como LeCroy (ahora parte de Teledyne), Keysight (cambiado de la división T&M de Agilent), Rhode & Schwartz y Tektronix, ¡pueden costar un Ferrari!

Pero para la mayor parte del uso como hobby, laboratorio de estudiantes o incluso una prueba integrada decente, hay osciloscopios con una buena relación calidad-precio de las empresas mencionadas y muchas otras de todo el mundo. También hay productos de osciloscopio USB basados ​​en PC (BitScope, Picoscope o USBee).

¡Los osciloscopios digitales existen porque funcionan! ¡Y los ingenieros las usan! ¡Los uso!

La mayoría de las veces, esperamos más de una caja y potencialmente usamos una señal inadecuada para el análisis. ¡Un flujo de pulso cuadrado de alta velocidad en un osciloscopio de menor ancho de banda se verá suavizado! ¡O incluso como una onda sinusoidal! Porque toda la parte de frecuencia más alta de la señal se filtra en el canal.

Estas son algunas preguntas que tal vez quiera hacerse antes de elegir un equipo.

• Idealmente, cada señal tiene un ancho de banda infinito. Sólo que los armónicos superiores son muy débiles. Así que elija el "ancho de banda analógico" del osciloscopio en función de su señal.

• Intente utilizar el rango dinámico completo del osciloscopio (resolución de bits completa frente a escala completa). Si le interesan las partes superpuestas de una señal, como ese fallo brusco en una salida de onda sinusoidal de una fuente de alimentación conmutada, opte por osciloscopios de resolución ADC más altos.

• Si la señal es pequeña, el osciloscopio la amplificará. Si la señal es grande, el osciloscopio la atenuará para adaptarse a la oscilación completa del ADC interno. Algunas veces es posible que desee utilizar la función de escalado automático del osciloscopio.

• Si la señal tiene una amplitud demasiado pequeña, su amplificación también amplificará algo de ruido. Si la señal tiene una gran falla, atenuarla reducirá sus detalles.

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• La mayoría de los DSO tienen extremos frontales analógicos (AFE) sofisticados. Que nuevamente está controlado por software y ofrece un apalancamiento adicional basado en la señal. El acondicionamiento de la señal, la amplificación e incluso el aislamiento se manejan en AFE controlado digitalmente.
• Junto a AFE se encuentra el corazón de un osciloscopio digital, que es un ADC de alta velocidad. Esta tecnología ha mejorado a pasos agigantados en la última década.
• Hay un búfer de RAM de ping-pong o encadenado de muestras de ADC antes de que se envíen a una computadora dedicada. ¡Si conoce DSP, conocerá el 'valor' de las muestras digitales!
• ¡La trama/renderización de señales digitales en una interfaz de usuario decente en realidad brinda la capacidad de tener múltiples cursores tanto horizontales como verticales, ajustes de escala fáciles, visualización, medidas adjuntas y múltiples canales de una sola vez!
• Creo que múltiples canales, matemáticas y lógica de canales, capacidades de activación avanzadas son las características más útiles de un DSO.

Sin embargo, si admiras las señales analógicas puras, imponiéndose directamente en una pantalla de fósforo, ¡eso tampoco tiene nada de malo!

Un amigo que enseña ingeniería electrónica de pregrado y posgrado se queja de que los usuarios de osciloscopios no entienden las limitaciones.

Ha dicho que "los estudiantes felizmente muestrean y miden frecuencias de señal que son 'aliasadas' por la frecuencia de muestreo de los osciloscopios digitales. Esperan que su análisis y cálculos sean correctos". Conservó visores analógicos bastante antiguos durante mucho tiempo. Él cree que los estudiantes cometen menos errores con lo analógico que con lo digital.

Supongo que parte del problema es la medida muy útil, aparentemente definitiva, que dan algunos osciloscopios digitales. Si un usuario no piensa en lo que está sucediendo, esas pantallas son bastante seductoras, pero engañosas (la ilusión de precisión).

Pero se trata menos de la tecnología y más de que los usuarios malinterpreten las limitaciones y capacidades de la tecnología.

Esperaría que la especificación de un alcance sea un buen reflejo de la capacidad del equipo porque (en su mayoría) están diseñados para ser leídos por personas que entienden lo que significa la especificación.