Osciloscópios: Aprenda qual a largura de banda necessária para aplicações digitais

Os osciloscópios são aparelhos essenciais quando da medição dos parâmetros elétricos que você está analisando. Pense em um hospital e visualize o monitor cardíaco dos pacientes. É esse aparelho que determina se o paciente continua vivo ou não. O osciloscópio é o monitor cardíaco dos seus aparelhos elétricos, sem ele, você deixa de medir de forma precisa diversas características importantes. Existem no osciloscópio uma característica chamada de largura de banda, que é a capacidade de transmissão de dados de um ponto para outro em um determinado período de tempo. Os osciloscópios podem te dar respostas diferentes dependendo de qual largura de banda você esteja trabalhando. Mas qual a largura de banda ideal para o que você precisa? Você sabe? Então continua nesse artigo que te ajudamos com a resposta. Boa leitura!

Como regra geral a largura de banda do seu osciloscópio deve ser pelo menos cinco vezes maior que a taxa mais rápida do relógio digital do sistema em análise.

Regra prática

f_BW ≥ 5 x f_clk

Se o seu osciloscópio atender a esse critério, ele capturará ao quinto harmônico com perda mínima do sinal. Esse parâmetro do sinal é muito importante na determinação da forma geral dos sinais digitais, mas se você precisar realizar medições mais precisas em bordas de alta velocidade, essa formula não vai poder ser aplicada por que ela não leva em consideração a frequência real mais alta presente em componentes embutidos nas bordas de subidas e descidas rápidas.

Um método mais preciso para determinar a largura de banda requerida no osciloscópio é verificar a frequência máxima presente em seus sinais digitais, que não são a taxa máxima de clock. Essa frequência máxima será baseada nas velocidades de borda mais rápidas presentes em seus projetos de estudo. Portanto, a primeira coisa que você precisa fazer é determinar os tempos de subida e descida dos seus sinais mais rápidos. Você geralmente pode obter essas informações de especificações publicadas para dispositivos usados nos seus projetos.

Passo 1: Determinar as velocidades das bordas mais rápidas

Você pode usar uma fórmula simples para calcular a frequência máxima “prática” de um componente. Dr. Howard W. Johnson escreveu um livro sobre esse tema, intitulado, “Design digital de alta velocidade – Um Manual de Magia Negra”. Ele se refere a essa frequência como a “frequência joelho” (fknee). Todas as bordas rápidas possuem um espectro infinito de componentes de frequência. No entanto, existe uma inflexão (ou “joelho”) no espectro de frequências das bordas rápidas onde componentes de frequência superiores a fknee são insignificantes na determinação da forma do sinal.

Passo 2: Calcular f_knee

f_knee = 0.5 / RT (10% – 90%)

f_knee = 0.4 / RT (20% – 80%)

Para sinais com características de tempo de subida com limiares de base de 10% a 90% o fknee é igual a 0,5 dividido pelo tempo de subida do sinal. Para sinais com características de tempo de subida com limiares de base de 20% a 80%, o que é muito comum nas especificações dos dispositivos atuais, fknee é igual a 0,4 dividido pelo tempo de subida do sinal.

O terceiro passo é determinar a largura de banda do osciloscópio necessária para medir esse sinal, com base no grau desejado de precisão ao medir tempos de subida e queda. A Tabela 1 mostra os fatores multiplicados para vários graus de precisão para os osciloscópios com resposta de frequência gaussiana ou maximamente plana. Lembre-se, a maioria dos osciloscópios que apresentam especificações de largura de banda de 1 GHz e abaixo, normalmente têm uma resposta do tipo gaussiano, já a maioria dos osciloscópios com larguras de banda maiores que 1 GHz possuem uma resposta do tipo maximamente plana.

Passo 3: Calcular largura de banda do osciloscópio

Tabela 1: Multiplicando fatores para calcular a largura de banda necessária do osciloscópio com base na precisão desejada e o tipo de resposta de frequência do equipamento

Precisão requerida	Resposta Gaussiana	Resposta maximamente plana
20%	fBW = 1.0 x fknee	fBW = 1.0 x fknee
10%	fBW = 1.3 x fknee	fBW = 1.2 x fknee
3%	fBW = 1.9 x fknee	fBW = 1.4 x fknee

Então, compreendeu um pouco mais sobre largura de banda e como isso pode influenciar nos seus resultados, bem como em qual osciloscópio você deve comprar? Não é muito complicado e o portal Datasonic, pioneiro em equipamentos tecnológicos de ponta que se destaca pela sua diversidade de marcas, modelos e principalmente preços está a sua disposição para que você possa tirar todas as suas dúvidas, comparar preços e por fim, escolher o melhor produto para você. No site é possível encontrar inúmeros modelos de osciloscópios com os mais diversos recursos e configurações. O portal Datasonic possui um amplo portfólio e um leque de variados produtos, todos à sua disposição. Aproveite e conheça outros equipamentos de medição que irão complementar o seu projeto.

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