Os segredos escondidos na BW dos osciloscópios digitais
A BW – Band Width ou, em português, Largura de Banda/Faixa, dos osciloscópios digitais tem alguns segredos escondidos que muita gente não “vê”.
Afinal, se são “segredos” não deveriam ser vistos mesmo, mas isto se estivéssemos a falar de orçamentos públicos o que não é o caso aqui.
Neste post/vídeo vou tentar revelar estes segredos escondidos na BW dos osciloscópios digitais sem precisar que o STF me “obrigue” a fazê-lo!
Eu já mencione este tópico no meu e-book Osciloscópio sem Traumas e numa aula do curso on-line Descomplicando o Osciloscópio com Paulo Brites, (quem faz o curso ganha o e-book de graça) entretanto o fiz de maneira um tanto superficial por isso, volto ao tema agora a fim de tentar acabar de vez com os mitos e as “Fake News” sobre a tal da BW.
A “história” da BW voltou a me preocupar porque alguns osciloscópios digitais chineses viraram os queridinhos dos técnicos no mundo todo, pois parecem ser tipo BBB, nada a ver com o reality show, neste caso – Bom, Bonito e Barato.
Um deles é o FNIRSI 1014D que promete, igual candidato em véspera de eleição, ser a Oitava Maravilha do Universo e ainda oferece um Gerador de Funções como “bônus”.
Está todo mundo comprando um osciloscópio “dois em um’ que custa em torno de $170 e o pessoal enche os olhos quando vê que é de 100MHz.
Mas, será que apenas saber o “tamanho” da BW seria suficiente como pré-requisito principal para comprar um osciloscópio digital?
Vou dividir a resposta em duas partes:
1) O que a BW nos informa nos osciloscópios digitais
2) O que a BW NÃO nos informa nos osciloscópios digitais.
Reparou que eu escrevi BW nos osciloscópios digitais?
Fiz isto porque a maneira como um osciloscópio digital processa um sinal para apresentá-lo na tela é completamente diferente do osciloscópio analógico.
E é justamente aí que começam os “segredos escondidos” da BW.
Nos osciloscópios analógicos o feixe de elétrons varre a tela continuamente para mostrar o sinal analogicamente.
Entretanto, nos osciloscópio digitais não há feixe de elétrons e o sinal é mostrado na tela por um monte de pontinhos e portanto, deixou de ser um sinal analógico.
Quanto mais pontinhos melhor vai parecer o sinal que estamos a ver na tela como se fosse o sinal “verdadeiro”.
Poderíamos fazer a seguinte ilustração para facilitar o entendimento.
Quando escrevemos uma palavra com letra cursiva, uma letra está agarrada na outra sem descontinuidade entre elas.
Se escrevermos com letra tipo bastão, as letras ficam independentes umas das outas.
Então é como se a escrita com letra cursiva fosse analógica e com letra bastão fosse digital.
O que é BW analógica?
Ué, mas o osciloscópio não é digital então porque a BW é analógica.
Vamos entender o que é uma BW analógica.
A BW analógica é apenas uma especificação que define a frequência na qual a amplitude de uma onda senoidal cai 3dB em relação a amplitude total da onda.
Na fig. 1 temos a resposta de frequência para osciloscópios de BW analógica até 1GHz.
Fig. 1 – Resposta gaussiana – Osciloscópios com BW analógica até 1GHz
No ponto marcado em vermelho na fig.1 começa a haver uma redução na amplitude da onda que está sendo medida chegando a -3dB o que corresponde, aproximadamente, a uma redução de 30%.
Em outras palavras, na frequência BW a amplitude da onda medida já está 30% menor que na onda original.
Esta curva da fig. 1 com a rolagem suave a partir do ponto vermelho é chamada de resposta gaussiana.
Osciloscópios com BW maior que 1GHz apresentam uma inclinação mais acentuada como vemos na fig.2.
Fig. 2 – Resposta plana – Osciloscópios com BW analógica maior que 1GHz
Para entender melhor como cada uma destas curvas vai atuar na medida do sinal precisaremos entender um conceito chamado tempo de subida (rise time).
Por enquanto, basta saber que osciloscópios com resposta gaussiana (fig.1), geralmente, têm tempo de subida mais rápido que os outros chamados resposta plana (fig.2) para a mesma especificação de BW.
Portanto, os osciloscópios de resposta plana poderão fazer medições mais acuradas para sinais dentro da banda.
Qual deles é melhor?
Isso depende do que se pretende obter como resultado.
Em algumas situações talvez seja vantajoso atenuar com mais intensidade componentes de frequências mais alta que estejam fora da banda.
Estas componentes de frequência mais alta do sinal contribuem com um efeito indesejável denominado aliasing que produz instabilidade no sinal amostrado na tela.
De uma maneira muito superficial podemos entender o aliasing como uma espécie de fantasma que se “agarra” ao sinal original e fica, como todo bom fantasma, puxando a “perna” do sinal e fazendo ele tremer.
Em outro momento posso falar mais do aliasing em sinais digitais, por ora basta essa noção a moda Pluft, o fantasminha camarada!
Espero que você esteja começando a desvendar os segredos da BW nos osciloscópios digitais e desconfiar porque dois osciloscópios com a mesma BW podem apresentar leituras diferentes.
O que a BW NÃO nos informa nos osciloscópios digitais
Como já foi explicado anteriormente o sinal mostrado na tela de um osciloscópio é formado por um “monte de pontinhos” tecnicamente chamados samples ou amostras.
Você deve ter desconfiado que quanto mais samples mais parecido o sinal “digitalmente modificado” será com o sinal original (analógico) mas ainda vão entrar os conceitos de sample rate ou taxa de amostragem, rise time ou tempo de subida e storage depth (memória).
Especificações sobre sample rates, rise time e storage depth são importantes para se decidir na hora da compra de um osciloscópio digital e não apenas a tal da BW.
Sobre elas tratarei com mais detalhes nas aulas do curso Descomplicando o Osciloscópio com Paulo Brites bem como os modos de trigar uma onda complexa num osciloscópio digital que são um pouquinho diferentes de como se faz nos analógicos.
Afinal, como disse Shakespeare em Hamlet,
“Nada é bom ou mau em si; depende do julgamento que fizermos”.
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