Obtenga mejores mediciones más rápido usando osciloscopios con FPGA programables por el usuario

Actualizado 7 jul 2026

Información general

Los requisitos del osciloscopio están aumentando rápidamente y las nuevas aplicaciones de investigación y prueba emplean un número creciente de señales más rápidas y complejas. Esto requiere un equipo de prueba más inteligente para detectar ciertas condiciones de señal de forma determinante sin tiempo muerto, para procesar datos durante la adquisición para reducir los tiempos de prueba o para generar rápidamente señales de retroalimentación para controlar el dispositivo bajo prueba (DUT). Durante la última década, la estrecha integración de un potente software de PC con E/S modular ayudó a reducir el tiempo de prueba y el costo general de la prueba. La nueva categoría de productos de instrumentos diseñados por software lleva este concepto al siguiente nivel al extender el alcance de los algoritmos de usuario directamente a los propios instrumentos. Esto permite el diseño de sistemas de medición altamente optimizados, que pueden analizar cada muestra en tiempo real y, por lo tanto, eliminar el lento postprocesamiento. Esto resulta en tiempos de prueba más cortos y descubrimientos más rápidos en aplicaciones de ciencia e investigación.

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Contenido

¿Qué es un osciloscopio reconfigurable?
FPGA programables por el usuario
Uso de software para programar el FPGA en su osciloscopio
Más información sobre los osciloscopios reconfigurables
Próximos pasos

¿Qué es un osciloscopio reconfigurable?

Los instrumentos como los osciloscopios utilizan múltiples capas de software, algunas más visibles para el usuario que otras. El software en un PC controla la ejecución general del sistema de pruebas, Instrument Drivers permite la comunicación con el osciloscopio, y el software incrustado en el propio instrumento controla cómo se adquieren y proporcionan los datos al usuario. Mientras que los instrumentos tradicionales proporcionan una capacidad de medición fija a través de un controlador de instrumentos, los instrumentos modulares hacen uso de software de PC abierto y la potencia de procesamiento de CPU modernas para ejecutar el análisis de señales en el PC en lugar de dentro del instrumento. Esto significa que puede personalizar rápidamente el análisis realizado en los datos adquiridos para satisfacer sus necesidades específicas, como tiempos de prueba mejorados o mediciones de mayor resolución.

Los instrumentos diseñados por software llevan este concepto un paso más allá al darle la capacidad de modificar o incluso reemplazar completamente el software incrustado que se ejecuta directamente en la FPGA del instrumento. Puede implementar análisis personalizados en tiempo real y disparadores complejos sin tiempo muerto (señales perdidas) porque cada punto de datos adquirido se puede analizar en tiempo real en el FPGA del instrumento. En resumen, los instrumentos diseñados por software le dan la opción de acceder a todas las capas de software, desde el PC host hasta los pines del convertidor de datos de un instrumento, para implementar cambios personalizados que satisfagan las demandas de su aplicación específica.

NI ofrece una serie de osciloscopios reconfigurables que cuentan con hasta 400 MHz de ancho de banda analógico, ocho canales de entrada, 14 bits de resolución de medición, 1 frecuencia de muestreo GS/s y una FPGA Xilinx Kintex-7 programable por el usuario.

Osciloscopio reconfigurable

^{Figura 1: Un FPGA programable por el usuario es el componente central de un osciloscopio reconfigurable.}

FPGA programables por el usuario

Mientras que el hardware de instrumentación comercial, tradicionalmente tiene capacidad fija, NI es líder en dispositivos de medidas más abiertos y flexibles basados en la tecnología FPGA. Los FPGAs son chips digitales de alta densidad que usted puede personalizar para incorporar directamente algoritmos personalizados de control y procesamiento de señales en el hardware. El resultado es hardware comercial que tiene lo mejor de ambos mundos, tecnología de medidas fijas y de alta calidad; la integración más reciente del bus digital y lógica personalizada por el usuario que es altamente paralela; ofrece baja latencia y está vinculado directamente a E/S para procesamiento en línea y ciclos de control.

Los FPGAs continúan conquistando el diseño e incrementando participación en el mercado de productos estándares específicos de la aplicación (ASSPs) y circuitos integrados específicos de la aplicación (ASICs) porque satisfacen la ley de Moore mejor que otros dispositivos y reducen drásticamente los costos de desarrollo. Esto da como resultado un menor tamaño del sistema de pruebas y menor consumo de energía. Al mercado están entrando FPGAs muy capaces y están definiendo las capacidades de hardware de muchos dispositivos, pero el IP que contienen es definido por el proveedor y la potencia del FPGA puede ser inaccesible para usted. Esto se debe en gran parte a que el conocimiento especializado del lenguaje de descripción de hardware (HDL) necesario para programar estos dispositivos requiere una curva de aprendizaje pronunciada y, por lo general, está limitado a expertos en diseño digital.

El software LabVIEW proporciona acceso a la última tecnología de FPGA. Al usar programación gráfica, usted puede implementar lógica para definir el comportamiento de un instrumento en hardware y reprogramar el instrumento cuando los requisitos cambian. La naturaleza gráfica del flujo de datos de LabVIEW es ideal para implementar y visualizar el tipo de operaciones paralelas que pueden ser implementadas en hardware digital.

FPGA programable por el usuario

^{Figura 2: Un FPGA programable por el usuario le permite personalizar el Firmware de un osciloscopio para lograr los resultados requeridos.}

Uso de software para programar el FPGA en su osciloscopio

Comience con el controlador de instrumentos NI-SCOPE

Los osciloscopios reconfigurables se pueden programar con varios niveles de flexibilidad. La forma más rápida de poner en marcha, poner en funcionamiento y recopilar datos como parte de un sistema de prueba es utilizando el controlador del instrumento. Los osciloscopios NI se programan con el controlador de instrumentos NI-SCOPE y también se pueden programar con el conjunto de controladores IVI del osciloscopio. Instrument Drivers le permiten obtener la capacidad de instrumentos tradicionales de un osciloscopio rápidamente. Estos controladores incluyen la capacidad de configurar la frecuencia de muestreo, la longitud de registro y el rango vertical, entre muchos otros ajustes. Sin embargo, un controlador de instrumentos puede permitirle llamar solo a un conjunto limitado de las características totales del osciloscopio. Un controlador no permite absolutamente la personalización del Firmware de un instrumento para satisfacer una nueva demanda de medición.

Un ejemplo de un controlador de instrumentos que limita su capacidad para usar todo el potencial de un osciloscopio es invocar los modos de disparo. El controlador IVI del osciloscopio solo permite el uso de algunos modos de disparo: borde, nivel y ventana. Un osciloscopio puede tener muchos más modos de disparo, pero el controlador del instrumento solo puede configurar el dispositivo para usar esos pocos. También es posible que desee un conjunto muy específico de lógica de disparo que no esté incorporado en un osciloscopio que está disponible en el mercado. En este caso, se podría utilizar el FPGA en la ruta de datos del osciloscopio para programar un disparador lógico que operará en el hardware del instrumento.

El LabVIEW FPGA Module extiende el software de diseño de sistemas LabVIEW a los FPGA en hardware de E/S reconfigurable (RIO) de NI, como los osciloscopios PXIe-5171R y PXIe-5164, instrumentos en serie de alta velocidad, analizadores de señales vectoriales de RF y transceptores de señales vectoriales (VST), que introdujeron el concepto de instrumentos diseñados por software en 2012.

Más información sobre LabVIEW FPGA Module

LabVIEW es una herramienta ideal para programar FPGAs debido a su paralelismo inherente y conceptos de flujo de datos, que se asemejan al flujo de datos en FPGAs. LabVIEW abstrae el procesamiento y movimiento de datos realizado en los diferentes elementos de computación de un sistema (como FPGA en instrumentos y microprocesadores en PC) y, por lo tanto, le permite utilizar la potencia de instrumentos diseñados por software sin requerir un amplio conocimiento de la programación de FPGA como Verilog o VHDL, arquitecturas de computación o transmisión de datos.

Comience con los proyectos de muestra LabVIEW FPGA para osciloscopios reconfigurables

La Instrument Design Library es una pila de software construida sobre la arquitectura LabVIEW FPGA Module y NI RIO. Proporciona varios puntos de partida para aplicaciones, incluidos diseños de referencia, ejemplos y proyectos de muestra LabVIEW. Todos estos puntos de partida cuentan con personalidades FPGA LabVIEW predeterminadas y archivos de bits FPGA prediseñados para ayudarle a comenzar rápidamente sin programación extensa.

La Figura 3 muestra la arquitectura de software de un instrumento diseñado por software (en este caso, un osciloscopio reconfigurable). La arquitectura consiste en rutinas implementadas en la FPGA para la adquisición real y el procesamiento en tiempo real, así como módulos de software correspondientes en el PC host que interactúan con sus homólogos de la FPGA para configurar y controlar las mediciones, manejar la transferencia de datos a través del bus PXI Express y presentar los datos al usuario.

Arquitectura de software de un instrumento diseñado por software (en este caso, un osciloscopio reconfigurable)

^{Figura 3: En la arquitectura de un instrumento diseñado por software, los VI anfitriones interactúan con sus homólogos en la FPGA para configurar hardware y realizar mediciones. Descargue el controlador de instrumentos o las bibliotecas de diseño de instrumentos para su osciloscopio reconfigurable.}

Los componentes del PC host son muy similares a Instrument Drivers; el código FPGA es comparable al Firmware tradicional del osciloscopio. A diferencia de los osciloscopios tradicionales, puede utilizar estos componentes para construir IP de osciloscopio personalizado, y debido a que están abiertos, puede modificarlos y ampliarlos para que coincidan con las necesidades específicas.

Más información sobre los osciloscopios reconfigurables

NI ofrece varias opciones reconfigurables para el osciloscopio PXI. Los osciloscopios que tienen un FGPA incluyen "Reconfigurable" en la descripción del modelo en la página de categoría del osciloscopio.

Beneficios de prueba de los osciloscopios con FPGA programables por el usuario

Uno de los objetivos finales en las aplicaciones de prueba es reducir el costo total de la prueba. El tiempo es a menudo el principal contribuyente al coste en la fabricación de gran volumen, mientras que la flexibilidad y la reutilización son importantes en los sistemas de prueba de alta mezcla o mantenimiento. Aquí hay tres ejemplos que muestran cómo ahorrar tiempo y dinero mediante el uso de osciloscopios con FPGA programables por el usuario.

Las diferentes industrias, aplicaciones y mediciones requieren diferentes osciloscopios. Para saber cómo los osciloscopios reconfigurables están reduciendo el tiempo de comercialización y el costo de la prueba, lea más sobre cada familia de dispositivos.