¿Por qué los osciloscopios modernos usan activación por hardware?

He estado aprendiendo cómo funcionan los DSO durante los últimos días. Según tengo entendido, los osciloscopios de almacenamiento digital tienen un circuito de activación, que generalmente consta de un comparador analógico y un DAC. Se genera un voltaje, correspondiente al nivel de disparo con un DAC y se compara con la amplitud de la señal de entrada. Una vez que la señal de entrada supera el nivel de umbral, comienza la adquisición.

Mi pregunta real es: ¿por qué no se puede hacer todo esto en el software? ¿No sería más fácil adquirir constantemente datos de ADC y almacenarlos en un búfer circular/FIFO y comparar los valores con el nivel de activación dado?

Hay algunos que lo hacen, en algunos depende del modo de disparo, la mayoría siempre llena un búfer, por lo que tiene un "disparo previo", y también hay algunos que tienen otros medios para disparar que el canal (s) que está visualización, o acoplamiento diferente del canal de disparo. Básicamente, todo lo que puedas imaginar existe en alguna parte.
Me di cuenta de que incluso los osciloscopios de nivel de entrada implementan algún tipo de disparador de hardware. Dado que aumenta los costos de fabricación, pensé que había una muy buena razón para hacerlo.
Para cosas como la activación de CA o un disparador externo, debe tenerlo de todos modos, entonces, ¿por qué no hacer un buen uso de él para muchos otros propósitos?
Eso tiene sentido. Por alguna razón, solo estaba pensando en el borde y el nivel y me olvidé por completo del disparador externo.
También piense en algunos disparadores más complejos, allí podría diseñarlos como disparadores híbridos, lo que le permite descargar algunos cálculos al hardware.
Una razón que me viene a la mente es la velocidad . El hardware dedicado puede ser más rápido que el procesamiento de software, si se involucran criterios de activación simples.
Como dice @LorenzoDonati, verificar una condición de activación requiere realizar al menos una operación de comparación y bifurcación para cada muestra. Eso significa que su procesador debe ser significativamente más rápido que su frecuencia de muestreo, lo cual no es el caso si usa un disparador de hardware.
@Lorenzo, Nick: ¿la velocidad de procesamiento es realmente un problema? Pensé que las transferencias de ADC <-> RAM se manejan con FPGA en lugar del procesador principal.
Bueno, uno podría discutir si el procesamiento de FPGA se realiza en software o hardware. Tiendo a ver los FPGA como hardware configurado por software. De todos modos, si solo desea generar un pulso de activación cuando su señal alcanza un umbral determinado, un comparador analógico es difícil de superar con el procesamiento digital (suponiendo que la tecnología sea de última generación para ambos).
MUCHOS osciloscopios en el rango de 100 MHz e inferior deben tener un búfer circular, porque todos tienen ingeniosas capacidades de disparo previo. Generalmente, el punto de activación está en el CENTRO de la escala de tiempo, a menos que lo mueva.

Respuestas (1)

Hay algunas formas diferentes de disparar en un alcance y todas tienen varias compensaciones.

Para los osciloscopios de gama baja que muestrean lo suficientemente lento como para usar una MCU de algún tipo, esto se puede hacer en el software. Pero este tipo de alcance no es realmente algo que consideraría un alcance real, ya sea un 'juguete' de gama baja o una unidad de adquisición de datos de bajo ancho de banda de algún tipo. Estos osciloscopios funcionan con tanta lentitud que pueden verificar las condiciones de activación por muestra, o toman un búfer completo a ciegas y luego lo procesan para ver si contiene un evento de activación. Esto es lo que hacen algunos de los visores USB realmente baratos.

Para algo por encima de unas pocas decenas de MSa/s, se requiere hardware dedicado para administrar los datos que salen del ADC y almacenarlos en una memoria de muestra de alta velocidad dedicada, ya que las CPU de propósito general no pueden manejar la manguera de datos de manera eficiente. Esto se hace en un FPGA o un ASIC. Dado que los datos ya se han digitalizado, es bastante simple agregar algunos circuitos de disparo digital que pueden verificar varias condiciones de disparo en el flujo de datos que sale directamente del ADC sin requerir ningún componente adicional. Es posible implementar algunas capacidades de activación bastante complejas de esta manera, posiblemente con múltiples umbrales (para cosas como activación por ventana). En algunos osciloscopios, especialmente los osciloscopios de señal mixta, cada canal tiene un comparador que se puede usar para la activación de borde directamente o para extraer el nivel digital del canal para su uso por lógica de decodificación en serie, que a su vez puede generar eventos de activación basados ​​en los datos decodificados. Esto funciona en la mayoría de las arquitecturas simples que tienen un solo ADC por canal. Este comparador generalmente se implementa en la ruta de datos ADC, aunque supongo que no tiene por qué ser así. Otra ventaja de construir un comparador de disparador en la ruta de datos digital después del ADC es que simplifica la calibración: no necesita un paso adicional para calibrar el nivel del DAC del disparador contra el ADC principal. Este comparador generalmente se implementa en la ruta de datos ADC, aunque supongo que no tiene por qué ser así. Otra ventaja de construir un comparador de disparador en la ruta de datos digital después del ADC es que simplifica la calibración: no necesita un paso adicional para calibrar el nivel del DAC del disparador contra el ADC principal. Este comparador generalmente se implementa en la ruta de datos ADC, aunque supongo que no tiene por qué ser así. Otra ventaja de construir un comparador de disparador en la ruta de datos digital después del ADC es que simplifica la calibración: no necesita un paso adicional para calibrar el nivel del DAC del disparador contra el ADC principal.

Los osciloscopios de gama muy alta utilizan varias técnicas de entrelazado y muestreo en múltiples ADC para obtener frecuencias de muestreo equivalentes muy altas, y estos métodos pueden requerir mucho procesamiento de señal para recuperar los datos originales, más de lo que se puede hacer en tiempo real. En este caso, no hay lugar en la ruta de la señal para verificar las condiciones de activación, por lo que se requiere un circuito de activación dedicado. Consulte el osciloscopio de 100 GHz de LeCroy para obtener un buen ejemplo de dónde debe tener una ruta de disparo separada: la banda de 100 GHz se divide en 3 bandas con diplexores, y cada una se convierte y luego se muestrea mediante múltiples ADC intercalados. Luego, la señal original es reconstruida por una CPU de propósito general como un paso de procesamiento posterior después de que se completa la adquisición.

Explicación muy completa. No sabía que existieran osciloscopios de 100 GHz.
Sí, son una especie de nicho y cuestan alrededor de un millón de dólares. Vi uno de esos en OFC hace unas semanas. También hay un desmontaje en youtube donde puedes ver las partes internas.
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