Por que não consigo ver o toque de um interruptor em um osciloscópio?

Estou tentando ver o salto de um simples interruptor em um osciloscópio.

Eu preparei um circuito simples de placa de ensaio (potência → interruptor → resistor → terra). O problema é que ele é exibido como um quadrado / retângulo perfeito no escopo. Anexei uma foto da tela do osciloscópio e do circuito.

Por que não consigo pular o interruptor no osciloscópio? Eu não acho que se trata de uma opção sem salto.

Aqui está uma foto mostrando uma escala de tempo ampliada (50 µs / div). Como você pode ver, está subindo de 0 V para 9 V em 150 µs e permanecendo lá. Eu tentei algumas opções diferentes. O resistor na imagem é 220 ohm, 0,5 watt.

Aqui está um teste que eu fiz com meu escopo Tek de 200MHz. Você deve conseguir obter resultados semelhantes com o Rigol, este é um escopo mais antigo com uma modesta frequência de captura de 2Gs / s.

Meu circuito é apenas uma sonda padrão 10: 1 conectada através de um comutador de tato de 6 mm com uma tração de 1K à fonte de + 5V.

Nem todas as capturas eram tão confusas, algumas eram de aparência ideal. Empurrar com força parecia levar a mais confusão. Há um pouco de toque, apesar de um desvio na fonte de alimentação - essa queda devido ao fechamento dos contatos do comutador é muito rápida.

Se eu definir a varredura muito lenta (e depois expandir), apenas interpolarei as amostras, o que pode ser enganoso. Não há informações lá, então o escopo falsifica-as.

A captura foi um evento único, acionado pela borda descendente no canal ativo, ajustado relativamente próximo ao nível de 5V (a seta amarela à direita indica o nível de disparo de 3,68V). O centro da tela está em -96ns (movido para visualizar um pouco mais dos dados de pré-disparo, já que a maior parte da ação é pré-disparo).

O osciloscópio está apenas lembrando pontos suficientes para exibir o traço na resolução original . Se você capturar um traço e aumentar o zoom, ele "espalha" os pontos e os conecta com segmentos de linha reta. Isso pode fazer parecer que os recursos de alta velocidade nem estão lá.

Para encontrar o que você está procurando, comece com o sinal capturado. Em seguida, "aumente o zoom" para a borda ascendente ajustando a base de tempo. Quando você começa a se aproximar, começa a ver a inclinação crescente do sinal.

Ao fazer isso, você perderá a resolução do sinal capturado. Para preencher os detalhes, você pode capturar novas amostras dessa borda ascendente usando o mecanismo de disparo do osciloscópio.

Depois de ver a inclinação ascendente, capture uma nova amostra . Qualquer salto / superação / ruído deve se tornar aparente.

Esse é um problema com a configuração do escopo e o mal-entendido de como interpretar as capturas de escopo. Você deve capturar a borda ascendente de um único pulso em uma resolução razoavelmente pequena usando um único gatilho. A boa notícia é que é exatamente isso que os osciloscópios são projetados para fazer

O procedimento genérico é:

1. Coloque o gatilho na borda (para cima) e o nível do gatilho aproximadamente na metade da escala da tensão do botão
2. (Opcional) Mova o deslocamento (horizontal) do gatilho para a mão esquerda da tela para maximizar a parte da captura após o gatilho
3. Alterne o gatilho para "normal" e "modo único" para armar o gatilho para uma única captura
4. Pressione seu botão
5. Se você usar o disparo contínuo, obterá uma nova captura a cada pressionamento do botão
6. Se você não usar o modo normal, poderá perder o sinal capturado devido à atualização da visualização (normalmente acionada a 60 Hz para ter um modo "sinal ativo"), o modo "normal único" congela o escopo após a captura

A maioria dos escopos de captura digital registra um número fixo de pontos em todo o tempo, portanto a taxa de amostragem é determinada por uma combinação de base de tempo e profundidade de captura (que pode ser configurada) e limitada pela taxa máxima de amostragem. No meu osciloscópio Tektronix, o osciloscópio exibe o tempo por div e a taxa de amostragem efetiva.

O que é exibido também pode ser "em janela", dependendo do modo, portanto nem sempre é claro qual é a sua taxa de amostragem. Por exemplo, 100 mil pontos na base de tempo de 1 segundo com 10 divisões na tela seriam 10 kS / s. 100 mil pontos em uma base de tempo de 10 µs com 10 divisões na tela seria 1 GS / s. Normalmente, isso está próximo do limite para escopos digitais comuns; portanto, bases de tempo abaixo de 10 µs costumam ser "ampliadas" em divisões a 10 µs (por exemplo, 100k pontos em 10 divisões a 10 µs, mas exibem uma divisão com base de tempo de 1 µs na tela )

Observe também que a largura de banda analógica (por exemplo, "100 MHz") não está diretamente relacionada à taxa de amostragem digital.

Uma peculiaridade adicional, o disparo não é realizado no sinal amostrado (digital), mas diretamente na entrada através de um sistema de disparo dedicado. Isso significa que você pode acionar (às vezes) um pulso muito curto para ser resolvido no sinal digital. Ou você pode adicionar um atraso de disparo muito mais longo que a profundidade da amostra (por exemplo, exiba a captura com resolução de 10 µs, mas 1 segundo após o disparo). É também por isso que geralmente existe uma porta "aux" ou "external trigger" que pode ser usada para disparar, mas nunca é exibida ou capturada.

O escopo é efetivamente amostrar continuamente em um buffer de anel e o gatilho aparece e diz aos sistemas de amostragem para armazenar o buffer. Essa é uma grande quantidade de dados, portanto, é necessário algum tempo para armazenar os dados e rearmar o sistema de amostra. Os componentes eletrônicos e a memória adequada para processar continuamente um fluxo de gigabit são muito caros; portanto, os escopos são projetados para fazer uso de profundidade de armazenamento limitada e largura de banda digital por meio de esquemas de disparo.

Supondo que o resistor pull-down seja um valor razoável (1k - 10k), a próxima coisa que eu verificaria é ver se existe um filtro ativo nesse canal. Eu não procuraria a média do sinal - essa é uma ocorrência de evento único e o rastreamento mostra esse evento único. Mas é inteiramente possível que exista um filtro passa-baixas de frequência muito baixa que seja ativado no escopo.

Outra maneira de descobrir se é um problema de escopo é simplesmente conectar um par de fios nos barramentos dos contatos do comutador. Em seguida, escove os dois fios do interruptor e observe o ruído (ou a falta dele). Ruído significa que o escopo provavelmente está bom. A rampa suave diz que o osciloscópio não está exibindo toda a largura de banda do sinal de entrada.

Figura 1. Os caras da foto-forense encontraram isso.

Existem vários fatores:

• Você tem um novo switch limpo e agradável, que salta muito pouco.
• Seu escopo está carregando o circuito e os 15 pF são suficientes para ajudar. Isso é improvável, no entanto, com o que parece ser um resistor com um valor nas centenas de ohms. (A reprodução de cores da sua foto é ruim.)
• A base de tempo é muito rápida - mas seus comentários dizem que você verificou isso.

Eu iria com a primeira e a segunda opção.