A tecnologia UltraVision da Rigol baseia-se na interação entre hardware especializado e software inteligente. Os dados convertidos de analógico para digital são processados por um controlador de amostragem baseado em hardware. Uma grande quantidade de memória está ligada diretamente ao controlador, permitindo o armazenamento de dados sem necessidade de intervenção da CPU. Cada ação da CPU aumenta o chamado "tempo cego" e reduz a taxa de captura da forma de onda no lado oposto. Da mesma forma, a forma de onda apresentada no ecrã é gerada por um traçador de forma de onda específico. Isto também é realizado sem aumentar a carga de trabalho da CPU.
As funções principais são baseadas em hardware.
Outras funções, como o disparo, a decisão de aprovação/reprovação e o registo de forma de onda, são implementadas em hardware, pelo que a CPU tem um envolvimento mínimo no processamento destas funções. Tudo isto serve para maximizar a velocidade de aquisição da forma de onda. Para obter resultados ótimos com esta elevada taxa de repetição da forma de onda, o instrumento incorpora um visor com múltiplos níveis de intensidade. Várias formas de onda são apresentadas no ecrã, uma sobre a outra. Dependendo da frequência de ocorrência, é selecionada uma intensidade diferente. Isto significa que os sinais que aparecem com pouca frequência são apresentados com menor intensidade. Existem 256 níveis disponíveis e, como resultado desta funcionalidade, é possível ver rapidamente com que frequência ocorrem erros ou anomalias.
Outro componente extremamente importante do circuito do UltraVision é a sua enorme memória de dados. Isto permite manter a taxa de amostragem máxima, especialmente com valores de tempo/divisão mais elevados. Isto é crucial quando se adquirem períodos de tempo mais longos sem perder detalhes do sinal.
Além disso, a Rigol disponibiliza uma função chamada Record, que também faz parte da tecnologia UltraVision. Esta função combina o disparo inteligente com o armazenamento eficiente de dados. O sinal adquirido é armazenado em segmentos de memória únicos. A vantagem é que apenas os eventos raros, importantes e interessantes são armazenados na memória disponível, e não todos os dados (desinteressantes) em geral.
Mas porque devemos considerar a velocidade de captação do sinal? A razão reside na tecnologia dos osciloscópios digitais. Quando todos os osciloscópios eram analógicos, esta especificação era praticamente desconhecida ou insignificante. Isto porque os osciloscópios analógicos não possuem processamento ou armazenamento de dados, nem qualquer outro pós-processamento. O sinal de entrada é utilizado diretamente para a deflexão vertical do feixe de eletrões. Existe apenas um breve período durante o qual não é apresentada qualquer curva no ecrã do tubo de raios catódicos (CRT): quando o feixe de eletrões muda da direita para a esquerda. Com a era digital, os osciloscópios tornaram-se também digitais. Esta mudança trouxe consigo uma vasta gama de possibilidades, como o armazenamento de dados simplificado, cálculos matemáticos e muito mais, mas estas vantagens também apresentam algumas desvantagens. Uma delas é o chamado "tempo cego", que é o tempo comparável ao tempo de retorno do feixe anterior, mas a causa é diferente. Nos osciloscópios digitais, o sinal de entrada é condicionado e convertido de analógico para digital em tempo quase real, mas os dados precisam de ser processados e tratados posteriormente. Enquanto isto acontece, nenhum dado adicional pode ser capturado na entrada. O tempo decorrido antes que novos dados possam ser armazenados na entrada é definido como "tempo cego". Este intervalo de tempo é tão longo que não pode ser ignorado. O tempo durante o qual "nada é visível" pode chegar aos 99,9%. Por outras palavras, isto significa que só consegue ver durante 0,1% do tempo. Todos os fabricantes de osciloscópios tentam reduzir o "tempo cego" e aumentar a velocidade de captação do sinal com diferentes técnicas, como a utilização de processadores de alto desempenho. A solução da Rigol para o "tempo cego" é o circuito UltraVision.
As vantagens de uma taxa de captura de forma de onda mais elevada serão explicadas em detalhe a seguir. Como exemplo, considere-se uma onda quadrada de 1 MHz com interferência pouco frequente. O erro ocorre 10 vezes por segundo.
Consideremos um osciloscópio com uma taxa de captura de 1.000 formas de onda por segundo. Definimos uma base de tempo de 500 ns/div. Isto resulta num tempo total de visualização (14 divisões do ecrã) de 7 ms. Assumindo que não há tempo cego, podemos dizer que vemos interferência a cada 14.285 "capturas de ecrã" em média; equivalente a um tempo de 14.285 * 7 ms = 100 ms (em média).
Mas não esqueçamos que este é o valor teórico, sem considerar o tempo cego. Isto significa atingir uma taxa de captura de aproximadamente 143.000 formas de onda/s. Com uma taxa de captura de apenas 1.000 formas de onda/s, e sem ter em conta a probabilidade, obtemos um tempo médio de 14,3 segundos até que surja um erro no ecrã.
Este cálculo simples facilita a compreensão do efeito que uma taxa de atualização da forma de onda mais elevada terá no tempo de deteção de um erro que ocorre raramente. Uma taxa de captura de sinal dez vezes superior leva teoricamente a uma deteção de erros dez vezes mais rápida.
Os erros podem ser encontrados e analisados mais rapidamente.
Em ambientes laboratoriais reais, uma maior velocidade de aquisição da forma de onda oferece duas vantagens importantes para uma operação mais rápida e precisa. Em primeiro lugar, é essencial poder detetar anomalias ou erros. Um dos piores problemas é que os erros que ocorrem raramente passam despercebidos e podem causar problemas no produto final. Em segundo lugar, é crucial reduzir significativamente o tempo de teste ou de medição sem comprometer a primeira questão anteriormente mencionada. Isto é importante porque, como todos sabem, tempo é dinheiro.
Estes dois pontos podem ser alcançados utilizando osciloscópios com uma taxa de captura de forma de onda mais elevada. Mas uma elevada taxa de atualização não é tudo. Por quê? Imagine uma taxa de aquisição de formas de onda de 50.000 formas de onda/s e uma taxa de atualização de um display TFT de 50/s (50Hz). Isto resulta em milhares de formas de onda por atualização do visor, que aparecerão sobrepostas no ecrã. Se todas as formas de onda forem apresentadas com a mesma cor ou intensidade, não será possível distinguir eventos raros de eventos regulares.
É aqui que entra em ação o visor de intensidade de 256 níveis. Graças a ele, os sinais que ocorrem com pouca frequência serão apresentados com menos intensidade do que os sinais que ocorrem com frequência. Agora é possível diferenciar entre os dois e tirar o máximo partido da alta velocidade de captura de formas de onda.
Mas o UltraVision da Rigol é capaz de muito mais. Todos os osciloscópios que incorporam esta tecnologia vêm de fábrica com memória de dados profunda. Porque é que a memória profunda é importante?
Todos concordamos que, se apenas estiverem a ser visualizados sinais curtos ou rápidos, ou perturbações, o interruptor está a uma taxa de amostragem elevada e a uma largura de banda adequada (sendo a palavra-chave o tempo de subida). Mas se o sinal precisar de ser monitorizado durante um período mais longo e houver outros picos ou vales de sinal para analisar, uma memória profunda é absolutamente essencial. Para tornar isto mais claro, vamos primeiro examinar a relação matemática entre a taxa de amostragem, a base de tempo e a memória:
Os fatores Tempo/div e número de divisões podem ser combinados no tempo total apresentado.
Assim, obtém-se a seguinte fórmula:
Uma memória de dados maior permite medições mais precisas.
Nesta fórmula, a memória de dados é um parâmetro fixo, enquanto os outros dois podem ser alterados. O tempo total de visualização é afetado pela aplicação. Assim sendo, a taxa de amostragem é o parâmetro que será ajustado na fórmula. Este gráfico pode ser obtido a partir desta relação.
O que podemos deduzir deste gráfico? Em síntese, podemos afirmar que quanto mais memória disponível, maior será o tempo que a taxa máxima de amostragem pode ser mantida.
O exemplo seguinte foi criado artificialmente para realçar a vantagem de mais memória. O objetivo é gerar a necessidade de captar dados durante um longo período com a maior resolução horizontal possível. O nosso sinal de teste será um trem de impulsos com 8 rajadas. O intervalo entre rajadas será de 8 ms. O gráfico seguinte mostra o formato de cada rajada.
O objetivo é captar todos os oito impulsos numa única imagem, o que requer um tempo mínimo total de visualização de 64 ms. Dependendo da definição de tempo/divisão disponível e do número de divisões, escolhemos 5 ms/div. Com as 14 divisões do nosso osciloscópio, o resultado é um tempo total de visualização de 70 ms.
Nas etapas seguintes, iremos realizar a aquisição duas vezes, mas com diferentes profundidades de memória. Na primeira medição, a profundidade de memória será de 1,4 MPts e, na segunda aquisição, será utilizada uma profundidade de memória de 140 MPts. Após a realização de ambas as medições, teremos uma visão detalhada do formato de pulso único do trem de pulsos.
Resultado: na medição com menor quantidade de memória, a taxa de amostragem é ajustada de acordo com a fórmula acima.
(Na imagem abaixo do ecrã, a taxa de amostragem é de 12,5 MS/s, dependendo do osciloscópio utilizado.) Se observar o burst adquirido e ampliado, poderá notar a perda de informação. Isto porque, com uma taxa de amostragem mais baixa, o intervalo entre os pontos de amostragem é maior, e a informação detalhada já não pode ser obtida.
A visualização de medição com memória de dados máxima indica que a taxa máxima de amostragem é reduzida apenas para metade (para 2GS/s). A visualização de burst profundo demonstra que o seu formato original pode ser reproduzido.
O osciloscópio Rigol oferece uma função de gravação para além da memória profunda. Esta função é útil na análise de sinais e/ou barramentos série.
O que está por detrás da função de gravação? À primeira vista, é simplesmente uma forma adicional de armazenar sinais. Mas, na verdade, ela tem muito mais potencial. Combinada com as funções de disparo disponíveis no osciloscópio, torna-se uma ferramenta de análise muito poderosa. Além disso, proporciona uma gestão de memória otimizada. Assim sendo, apenas as partes importantes do sinal são armazenadas, e não, por exemplo, sinais irrelevantes que desperdiçam memória.
O exemplo é novamente o trem de impulsos discutido anteriormente. Com os parâmetros de disparo adequados, disparamos agora no burst. A base de tempo pode ser ajustada para um valor mais baixo. Apenas os dados relacionados com o evento de disparo serão armazenados na memória. O tempo entre cada impulso (8 ms), durante o qual nada acontece, não será guardado.
Uma aplicação adicional que poderá ser interessante é a combinação da função de registo com a descodificação do barramento série. Por exemplo, considere um barramento I2C com mais de três participantes. O objetivo é analisar apenas um escravo (leitura e escrita). O Rigol oferece uma solução simples para esta tarefa: o disparo do barramento série e a função de registo.
O disparo do barramento série será configurado para disparar no endereço do participante a monitorizar. A função de registo será então ativada e apenas as mensagens originadas ou destinadas ao endereço selecionado serão armazenadas. Após a conclusão do registo, cada mensagem armazenada poderá ser revista para verificar se tudo está a funcionar corretamente. Além disso, as mensagens guardadas só poderão ser reproduzidas automaticamente após um atraso, permitindo uma visualização posterior.
A Rigol, enquanto fabricante de instrumentos, trabalha também no desenvolvimento e na distribuição da norma LXI (LAN eXtensions for Instrumentation). Esta norma inclui especificações e soluções que permitem a integração de instrumentos e sistemas de medição com redes locais (LANs). A Rigol é membro estratégico do Consórcio LXI, cuja missão é promover e desenvolver a norma. O estatuto de "membro estratégico" é o nível mais elevado de associação possível ao LXI e confere aos membros o direito a um lugar no conselho de administração desta organização sem fins lucrativos.
