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El concepto de resolución vertical se mide con un osciloscopio digital. El primer paso para analizar una señal analógica es utilizar un ADC (conversor analógico-digital) para transformar la señal analógica recibida por la sonda en una señal digital. La resolución del chip de conversión analógico-digital determina directamente la precisión de muestreo en la dirección vertical del osciloscopio. Por ejemplo, si el ADC es de 8 bits, entonces la señal en la dirección vertical puede dividirse en 00000000~11111111, es decir, en 2 elevado a la octava potencia, que son 256 segmentos. La resolución vertical del convertidor de módulos es, en realidad, la resolución vertical del osciloscopio digital. Esta cifra indica el grado de precisión con el que el osciloscopio convierte la tensión de entrada en valores digitales. ¿Qué factores determinan la resolución vertical que muestra el osciloscopio digital? En orden de prioridad, desde el más importante hasta el menos importante: 1. La resolución del ADC de entrada. 2. La resolución de la pantalla: esta determina cuánto de la señal procesada puede ser mostrada. Por ejemplo, aunque un ADC puede mostrar 256 niveles en la dirección vertical, es posible que la resolución de la pantalla sea de solo 240 píxeles en esa dirección; por lo tanto, algunos de esos puntos se combinarán para formar 1 píxel. 3. Algoritmos de interpolación: En los osciloscopios reales, no todos los puntos que se muestran son el resultado de muestreos reales; algunos de ellos son puntos virtuales que se calculan mediante algoritmos de interpolación. Un buen algoritmo de interpolación permite que la diferencia entre los puntos interpolados y los puntos reales sea mínima. Precisión vertical: cuando utilizamos el mismo osciloscopio para medir la misma señal en diferentes niveles verticales, los resultados de las mediciones suelen ser diferentes. Por ejemplo, si medimos una señal de onda cuadrada de 2 V, en el rango vertical de 2 V, la amplitud medida puede ser de 1,960 V. https://pic1.zhimg.com/80/v2-c2ca68a39b3dc49b0d846b2499e4c084_720w.jpg En el nivel vertical de 500 mV, se registró un valor de amplitud de 1.980 V. https://pic2.zhimg.com/80/v2-4fb1606003ba7c3657366ad7718f6989_720w.jpg ¿Por qué sucede esto? Dado que se trata de un problema relacionado con la resolución vertical, supongamos que cuando el valor vertical es de 500 mV/div, el osciloscopio cuenta con 10 divisiones en la dirección vertical. En este caso, la resolución vertical está determinada por la resolución del ADC. Es decir: (500 mV * 10) / 256 = 19,531 mV. Esto significa que el ADC no puede distinguir señales de voltaje menores a 19,531 mV. Al medir la misma señal, con una escala vertical de 2 V/div, el ADC puede distinguir señales de hasta (2000 mV * 10) / 256 = 78,125 mV. Las señales con un valor de voltaje inferior a este no pueden ser medidas. Es decir, todos los instrumentos de medición digital presentan un error de cuantización al realizar las mediciones. Cuanto mayor sea el número de bits del ADC, menor será ese error de cuantización; sin embargo, este error solo puede reducirse indefinidamente, pero no eliminarse por completo. Por lo tanto, cuando medimos las formas de onda, procuramos que estas llenen toda la pantalla del osciloscopio. El objetivo es mejorar la precisión vertical y así obtener resultados de medición más exactos. https://pic1.zhimg.com/80/v2-ee2f37c4fc842d5f21b600c24f94753c_720w.jpg Al cambiar el algoritmo se puede mejorar la resolución. En los osciloscopios digitales, cuanto mayor sea el número de bits del ADC, mayor será la resolución vertical. Esta resolución está determinada por el hardware y, una vez fijada, no se puede cambiar. Pero la resolución que proporciona el número de dígitos significativos de todo el sistema del osciloscopio es diferente a la anterior; podemos mejorar esta resolución mediante software. https://pic2.zhimg.com/80/v2-9f6926ed3b6a2580a91e9f60a2a2d3fd_720w.jpg Actualmente, el método más común utilizado por la mayoría de los osciloscopios para mejorar la resolución después de la adquisición de datos por parte del ADC es el uso del método de “promedio”. https://pic4.zhimg.com/80/v2-9d71cf8afabbe680a900c9c0e22722d7_720w.jpg En el método de muestreo promedio, se puede establecer primero un número de veces de promediado, N. A continuación, el osciloscopio alinea las N formas de onda recogidas según su posición de disparo, y realiza el cálculo promedio de estas N formas de onda, obteniendo así una sola forma de onda promediada. https://pic1.zhimg.com/80/v2-bad51e62c119a27c28699819256d313c_720w.jpg Este método de muestreo reduce el ruido aleatorio sin perder ancho de banda; por lo tanto, la resolución del sistema osciloscópico aumenta. Sin embargo, el modo promedio tarda más tiempo en responder a los cambios en la forma de onda. Se sacrifica la velocidad del osciloscopio a cambio de una mayor resolución. Además, debido a las características especiales de su método de procesamiento, solo puede manejar señales de onda periódicas. En resumen, la resolución en la dirección vertical de la pantalla del osciloscopio es, por sí misma, limitada. Además, al medir señales de alta frecuencia, la amplitud obtenida no es precisa; en la frecuencia máxima, incluso puede haber un error del 30%. Por otra parte, una resolución vertical excesiva aumenta el tiempo de conversión analógico-a-numérico, lo que a su vez afecta la tasa de muestreo y, por consiguiente, la banda de ancho. Esto resulta ser un costo innecesario. La resolución vertical de los osciloscopios comunes es de 8 bits, mientras que los osciloscopios de alta resolución alcanzan los 12 bits. Si la precisión del circuito analógico del osciloscopio no mejora, no tiene sentido buscar únicamente una mayor resolución en el ADC. Si se busca una alta precisión en la medición de voltajes, se debe utilizar un multímetro. La función principal del osciloscopio es observar la forma de las ondas; su precisión de medición suele estar dentro del 2%, lo cual es más que suficiente para la gran mayoría de las aplicaciones.