A resposta do teste de pulso do canal vertical desempenha um papel fundamental na calibração do osciloscópio. Esse processo envolve sinais de alta frequência e pulsos de tempo de elevação rápida que carregam conteúdo considerável de alta frequência. O método de teste típico é empregar uma borda rápida e então monitorar o tempo de transição exibido de 10% a 90% do tamanho da etapa.
As aberrações no pulso (pré-disparo e amplificação) também são frequentemente medidas. Os reflexos que podem distorcer a forma do pulso e afetar os resultados podem ser causados por discordância de impedância entre a fonte de pulso e a entrada do osciloscópio.
Os calibradores de osciloscópio modernos, como o calibrador de osciloscópio de alto desempenho Fluke 9500C, são projetados para reduzir os efeitos desses distúrbios de alta frequência. No entanto, os técnicos e metrologistas de calibração devem conhecer sua influência, especialmente no contexto de credenciamento laboratorial e análises de incerteza da medição.
Como entender a correspondência de impedância
As fontes de sinal de alta frequência, incluindo aquelas encontradas nos calibradores de osciloscópios, normalmente têm saídas de 50 Ω e são calibradas com base no nível desenvolvido em uma carga com terminação correta. Qualquer variação da frequência nominal ou erros de impedância da saída da fonte ou de impedância de carga pode interromper o nível do sinal desenvolvido em toda a carga, que neste cenário é a entrada do osciloscópio.
Equação para calcular a tensão de carga: VL = VS * RL / (RS + RL)
- VS = fonte de tensão
- RS = impedância de saída
- RL = carga de impedância (VS e RS estão conectados a esta carga)
- VL = tensão desenvolvida em toda a carga
Em altas frequências, as impedâncias não são puramente resistivas e nem sempre representadas em termos de resistência, capacitância e indutância, mas por meio da relação de onda estacionária de tensão (voltage standing wave ratio, VSWR) ou perda de retorno (ligada à VSWR).
Esses parâmetros são vitais em altas frequências e são usados para indicar como a impedância real se desvia da impedância nominal (50 Ω). A minimização do impacto da carga (entrada do osciloscópio) VSWR é realizada projetando a impedância da fonte do calibrador do osciloscópio para que esteja muito próxima de um 50 Ω perfeito (VSWR baixa).
Avalie o efeito de incompatibilidade na exatidão do nível do sinal considerando a VSWR da fonte e da carga, parâmetros que geralmente estão listados nas especificações do equipamento. Essa avaliação deve ser levada em consideração ao realizar a análise de incerteza.
Considerações sobre a análise de incerteza
A expressão do erro de incompatibilidade geralmente aparece na literatura teórica de RF e micro-ondas, derivando um valor para o erro em termos de potência.
No entanto, os osciloscópios são calibrados em termos de tensão, portanto, o erro de incompatibilidade também deve ser expresso em termos de tensão. Se os erros forem minúsculos, o erro de potência pode ser reduzido pela metade para obter um erro de tensão equivalente sem perda significativa de exatidão.
Normalmente, a VSWR da entrada de 50 Ω do osciloscópio pode ser de 1,5 até 1 GHz. Os calibradores de osciloscópios são projetados para fornecer saídas VSWR baixas, e os valores típicos, com a cabeça ativa Fluke 9500C e 9540C de 4 GHz, são <1,1 até 550 MHz, <1,2 para 550 MHz a 3 GHz e <1,35 para 3 GHz a 4 GHz.
Ao realizar uma análise de incerteza, o efeito da incompatibilidade na exatidão da amplitude deve ser tratado como uma das contribuições (sistemáticas) do tipo B. A incerteza devido à incompatibilidade deve ser calculada a partir das informações da VSWR e dividida pela raiz de dois para ser expressa na incerteza padrão em combinação com as outras contribuições de incerteza.
Teste de largura de banda do osciloscópio
A influência da incompatibilidade na exatidão de nível do sinal pode ser examinada e considerada na medição da largura de banda. No entanto, o método de aplicação depende da abordagem de teste de largura de banda. A técnica mais prevalente é medir a diminuição relativa na amplitude exibida, expressa em dB, na frequência nominal da largura de banda em comparação com a amplitude em uma frequência de referência mais baixa.
Como alternativa, você pode identificar a frequência quando a amplitude do sinal cai em 3 dB em relação a uma frequência de referência mais baixa. Faça uma conversão de uma incerteza de amplitude para uma incerteza de frequência considerando a inclinação da resposta de frequência do osciloscópio.
Teste de resposta de pulso do osciloscópio
Efeitos incompatíveis nos sinais de borda rápida usados para testes de resposta de pulso podem resultar em reflexos. A forma de onda exibida no osciloscópio será o efeito cumulativo da borda do calibrador do osciloscópio e o reflexo da amplitude mais baixa de entrada do osciloscópio.
O design dos calibradores de osciloscópios contemporâneos, como o Fluke 9500C, minimiza esse efeito fornecendo uma fonte de VSWR baixa. Os reflexos normalmente afetam as aberrações de pulso observadas em vez do tempo de elevação observado.
Concluindo, as soluções modernas de calibração de osciloscópios, como o Fluke 9500C, foram projetadas para minimizar o efeito das incompatibilidades de impedância. No entanto, os técnicos e metrologistas de calibração precisam conhecer seu impacto e considerá-los em suas análises de incerteza. O efeito da incompatibilidade também pode influenciar os resultados dos testes de pulso, causando reflexos. As aberrações ou anomalias excessivas observadas podem indicar danos na entrada do osciloscópio.