Ventajas de los osciloscopios NI

Los osciloscopios de sobremesa tradicionales están optimizados para satisfacer las necesidades de los ingenieros de diseño que utilizan principalmente el instrumento de forma interactiva y priorizan características como el tiempo hasta la primera medición, la visualización de la forma de onda y la conectividad a una amplia gama de sondas. Aunque los osciloscopios de caja más nuevos mejoran esta experiencia al agregar características como un mayor ancho de banda y software llave en mano para analizar protocolos de bus, a menudo no abordan las necesidades de los ingenieros que construyen sistemas de prueba automatizados o sistemas de medición de alta velocidad y alto número de canales. Estos ingenieros necesitan adquirir y analizar un gran conjunto de datos de manera automatizada, y normalmente priorizan cosas como la integración con otros instrumentos, el tamaño, la experiencia de programación y el rendimiento o tiempo de ejecución de los datos. Debido a estas necesidades únicas, muchos de estos usuarios se están moviendo hacia una plataforma modular que proporciona el rendimiento de medición de los osciloscopios de caja tradicionales en un factor de forma que está optimizado para su aplicación.

NI proporciona la gama más amplia de osciloscopios modulares en la plataforma PXI, para que pueda optimizar su sistema en cuanto a coste, densidad, resolución de medición o frecuencia de muestreo. La Figura 1 a continuación representa la velocidad de muestreo y la resolución de varios osciloscopios de NI. Los puntos de E/S azules representan osciloscopios definidos por software que se programan utilizando el controlador de instrumentos NI-SCOPE, mientras que los puntos de E/S amarillos representan digitalizadores basados en FPGA que utilizan la arquitectura de E/S reconfigurable (RIO) de NI. 

^{Figura 1: Los osciloscopios NI tienen una mezcla de resolución y muestreo de alta velocidad.}

La Tabla 1 detalla algunas de las especificaciones del osciloscopio mencionadas en los puntos azules de E/S anteriores. Estos osciloscopios proporcionan la capacidad de medición que los usuarios esperan de un instrumento tradicional, como rangos de entrada seleccionables, acoplamiento de entrada e impedancia, filtros y calibración trazable. También son compatibles con paneles frontales de software y están programados con Instrument Drivers que incluyen funciones integradas para realizar mediciones estándar de osciloscopio como el tiempo de subida, la frecuencia y el ancho de pulso, o definen la funcionalidad a través de software.

^{Tabla 1: Elija entre una amplia cartera de osciloscopios.}

Los digitalizadores basados en FPGA detallados en los puntos amarillos de E/S de la figura 1 combinan el muestreo de alta velocidad con una FPGA accesible para el usuario que los hace ideales para el procesamiento de señales integrado, el análisis en tiempo real o la implementación de disparadores personalizados.

^{Figura 2: Defina la E/S necesaria para su aplicación cambiando el módulo adaptador.}

NI tiene una amplia gama de osciloscopios PXI y digitalizadores basados en FPGA que están diseñados para sistemas de prueba automatizados de alta cuenta de canales o señal mixta. Aunque las especificaciones varían de alta resolución a alta velocidad, los osciloscopios NI comparten varios atributos clave que los optimizan para estas aplicaciones, incluyendo:

• Estrecha integración y sincronización con otros instrumentos
• La capacidad de almacenar y transmitir grandes cantidades de datos
• Alta densidad de canales
• Activación personalizada y procesamiento de señales a bordo
• Una experiencia de software completa para tomar mediciones, programar y depurar rápidamente

Los sistemas de prueba de señal mixta se componen de muchos tipos de instrumentos como fuentes de señal, dispositivos de medición e interruptores. Los osciloscopios NI PXI proporcionan una estrecha integración y sincronización con otros instrumentos al combinar las ventajas de la plataforma PXI con la tecnología patentada NI. Con un sistema PXI e instrumentación modular NI, no solo puede construir un sistema de prueba integral en un solo chasis PXI compacto, sino que también garantiza la calidad de medición y la repetibilidad porque los módulos del chasis se pueden sincronizar con precisión de picosegundos.

^{Figura 3: Una amplia variedad de instrumentos modulares están disponibles en la plataforma PXI.}

A través de la sincronización, puede coincidir con la base de tiempo y el disparo de varios instrumentos del mismo tipo para fines de expansión de canal, o correlacionar estrechamente las entradas y salidas de diferentes instrumentos. Los métodos básicos de sincronización implican compartir disparadores y relojes de muestra, mientras que la sincronización más avanzada implica alinear múltiples relojes de muestra de velocidades variables y ajustar los retardos de fase entre relojes y disparadores. La arquitectura PXI aborda algunos de estos desafíos mediante la distribución uniforme de disparadores y relojes de muestra a través del backplane del chasis PXI, como se muestra en la Figura 4.

^{Figura 4: El backplane PXI Express simplifica la temporización y sincronización.}

Además, los osciloscopios NI comparten una tecnología común de Sincronización y Núcleo de Memoria (SMC) con otros instrumentos como generadores de señal y E/S digitales de alta velocidad. Esta tecnología patentada utiliza una señal separada en el dominio del reloj para permitir la activación y recepción de disparadores entre diferentes instrumentos, y resulta en la sincronización en los 10 segundos de picosegundos. Este disparador, llamado Reloj disparador (TClk), resulta en un rendimiento significativamente mejor que bloquear el reloj de muestra solo en el reloj de referencia de 10 MHz.

Las empresas incurren en una variedad de gastos relacionados con la prueba eficiente y precisa de los productos. Además de los gastos iniciales del equipo de prueba, factores como el tiempo de prueba influyen en gran medida en su costo de la prueba. Aunque cada aplicación es única y tiene necesidades específicas, los sistemas de prueba automatizados siempre tienen algo en común. El ancho de banda y la latencia son dos de las consideraciones más importantes para un sistema de prueba automatizado, porque la combinación de ambos dicta la velocidad general de su sistema de medición.

^{Figura 5: Ancho de banda del bus y latencia de los buses de instrumentación populares.}

La latencia describe la cantidad de tiempo que tarda un instrumento en responder a un comando remoto, como una consulta de medición. El ancho de banda se refiere principalmente a la capacidad de producción de datos del bus de datos que conecta el instrumento de medición con el PC o controlador principal. Un bus de gran ancho de banda resulta en tiempos de prueba más bajos, sin importar si la aplicación va a transferir un registro de datos grande una vez o transferir registros de datos pequeños varias veces seguidas. La plataforma PXI, sobre la que se construyen los osciloscopios de alta velocidad NI, proporciona alta velocidad para una amplia gama de aplicaciones con alto ancho de banda y baja latencia a través de los buses PCI y PCI Express. PXI Express, una versión de PXI que utiliza el bus PCI Express de alta velocidad, alcanza tasas de rendimiento del sistema de varios GB/s, dependiendo del chasis y el controlador. Tanto las velocidades de transmisión de datos PXI como PXI Express son significativamente más rápidas que las de GPIB, USB o LAN, otros buses populares para automatizar instrumentación de prueba (Tabla 2).

^{Tabla 2: Compare las tasas de rendimiento de datos para PXI y Ethernet.}

Los osciloscopios NI PXI son más compactos que los instrumentos de sobremesa tradicionales, lo que significa que puede construir sistemas de prueba automatizados de señal mixta a una fracción del tamaño de los probadores de rack y pila. Un sistema de prueba de huella pequeña ahorra espacio valioso en pisos de producción y laboratorios de caracterización, aumenta la portabilidad al reducir el peso y el tamaño, y a menudo resulta en una reducción de los costos de las instalaciones y la infraestructura de prueba a medida que se reducen los requisitos de distribución de energía y refrigeración. 

^{Figura 6: Combine los osciloscopios NI con otros instrumentos para crear sistemas de prueba automatizados compactos.}

La densidad de canales del osciloscopio es especialmente importante cuando se adquieren datos de más de cuatro canales simultáneamente, ya que la mayoría de los osciloscopios de caja tradicionales tienen un máximo de cuatro canales. Debido a que los osciloscopios de caja están optimizados para aplicaciones de sobremesa de bajo número de canales, tienen muchos botones físicos y pantallas grandes para adquirir y mostrar datos. El espacio físico ocupado por los paneles frontales de estos instrumentos los hace poco prácticos de apilar para sistemas de alto número de canales.

Los osciloscopios PXI eliminan muchas de las redundancias, como pantallas individuales, botones físicos, fuentes de alimentación y ventiladores, asociadas con los instrumentos tradicionales. El chasis y el controlador PXI se encargan del procesamiento, la transferencia de datos, la refrigeración y el suministro de energía a los instrumentos, mientras que el usuario controla el instrumento a través de un software y muestra los datos en un solo monitor. Usando la plataforma PXI y los osciloscopios NI, puede construir sistemas de alto número de canales con hasta 136 canales en un solo 4U, 19 pulgadas. Chasis PXI.

^{Figura 7: Combine hasta 68 o 136 canales de osciloscopio en un solo chasis PXI (19 pulgadas, rack 4U) para sistemas de adquisición de alta velocidad.}

La mayoría de los instrumentos de prueba de hoy en día incorporan FPGA con Firmware fijo para implementar las capacidades del instrumento. Los osciloscopios diseñados por software de NI cuentan con una FPGA abierta que brinda a los usuarios la capacidad de realizar algoritmos complejos en el instrumento, reduciendo significativamente la cantidad de datos que deben transmitirse al host. Este ejemplo muestra cómo diseñar una aplicación que puede realizar cálculos comunes, a saber, SFDR, SNR y SINAD, en la FPGA del instrumento.

^{Figura 8: Este diagrama de bloques de FPGA abierto ilustra la arquitectura para calcular SFDR, SNR y SINAD en la FPGA.}

El tema de alto rendimiento de datos en la sección anterior se refiere tanto al aumento del ancho de banda como a la disminución de la latencia. Estos beneficios se incrementan considerablemente con el uso de la arquitectura abierta FPGA tal como se define en los osciloscopios diseñados por software. Una característica única de los módulos FPGA NI FlexRIO para PXI Express es que pueden transmitir datos entre módulos a velocidades de 3 GB/s sin enrutar datos a través del chipset host. Hasta 16 escrituras P2P son soportadas, simplificando los esquemas de comunicación complejos de múltiples FPGAs sin exigir los recursos del CPU principal. Para obtener más información sobre esta tecnología, consulte el documento técnico titulado Una introducción al flujo de datos entre pares.

^{Figura 9: En un instrumento de prueba, una FPGA abierta puede agregar características como activación y postprocesamiento.}

Una de las características más comúnmente pasadas por alto de un osciloscopio es el software utilizado para controlar y programar el dispositivo para pruebas y mediciones automatizadas. Desafortunadamente, esto puede ser un descuido crucial, ya que el software juega un papel importante en el tiempo de desarrollo de aplicaciones. Los osciloscopios NI proporcionan una variedad de herramientas de software para acelerar la productividad al brindarle la capacidad de adquirir datos rápidamente, depurar aplicaciones, automatizar su adquisición de datos y sincronizarse con otros instrumentos.

Primeros pasos con el panel frontal blando NI-SCOPE

Este programa interactivo se asemeja a la pantalla dedicada de un osciloscopio tradicional para proporcionar una interfaz fácil de usar. Además de proporcionar acceso a la funcionalidad básica de todos los osciloscopios NI, proporciona mediciones en tiempo real, así como la capacidad de guardar datos en un archivo para su postprocesamiento y análisis. Esta interfaz facilita comenzar a tomar mediciones con un osciloscopio NI en segundos.

^{Figura 10: Tome una medición rápidamente con el panel frontal blando NI-SCOPE.}

Programación con el controlador NI-SCOPE y programas de ejemplo

Para aprovechar toda la potencia de un dispositivo de medición basado en PC, es esencial definir y controlar programáticamente su comportamiento. Todos los osciloscopios NI se pueden controlar mediante programación a través del controlador de instrumentos NI-SCOPE, que proporciona funciones de alto nivel para comenzar rápidamente, así como un control de bajo nivel para acceder a todas las características de un osciloscopio. Además, este controlador incluye más de 50 programas de ejemplo prescritos que ilustran cómo acceder a la funcionalidad completa de cualquier osciloscopio NI. Se puede acceder al controlador de instrumentos NI-SCOPE mediante una variedad de lenguajes de programación como G en LabVIEW, C++ y Visual Basic. Existen ejemplos de programación para cada uno.

^{Figura 11: Programa con el controlador NI-SCOPE para crear un programa personalizado.}

La sincronización de múltiples dispositivos es un requisito clave de muchas aplicaciones, que a menudo puede aumentar el tiempo de desarrollo de software. Sin embargo, los osciloscopios NI que se construyen sobre la arquitectura SMC pueden hacer uso de NI-TClk para lograr una sincronización precisa con un esfuerzo de desarrollo mínimo. NI-TClk proporciona una interfaz de alto nivel para programar la sincronización de múltiples osciloscopios NI, generadores de formas de onda arbitrarias y dispositivos de E/S digitales de alta velocidad. Además, una variedad de ejemplos prescritos pueden realizar este tipo de sincronización, lo que hace que ponerse en marcha sea aún más fácil. A continuación se muestran las tres funciones necesarias para realizar una sincronización homogénea en múltiples osciloscopios PXI según lo programado en el entorno LabVIEW.

^{Figura 12: Sincronice los osciloscopios NI utilizando tres funciones en LabVIEW o LabWindowsTM/CVI.}

Los osciloscopios NI proporcionan el mismo rendimiento de medidas que los osciloscopios tradicionales en un factor de forma optimizado para aplicaciones de pruebas automatizadas y gran cantidad de canales. Con una gama de osciloscopios basados en PXI y digitalizadores basados en FPGA, puede optimizar su sistema para densidad, resolución, ancho de banda y frecuencia de muestreo. Además, los instrumentos diseñados por software proporcionan un nivel de flexibilidad inigualable al brindarle la capacidad de personalizar el instrumento utilizando el LabVIEW FPGA Module. Desde proporcionar herramientas de software listas para usar para tomar rápidamente mediciones y depurar aplicaciones hasta crear programas de prueba totalmente automatizados e implementar algoritmos personalizados en el hardware, los osciloscopios NI proporcionan la mejor combinación de hardware y software para hacerlo más productivo en la creación de sistemas de prueba automatizados y de alto número de canales.

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^{La marca LabWindows se usa bajo una licencia de Microsoft Corporation. Windows es una marca comercial registrada de Microsoft Corporation en los Estados Unidos y otros países.}