Métodos para obter resultados RMS confiáveis no R&S®RTM

O RMS é um dos parâmetros mais comuns em teste e medição. Matematicamente, é a média quadrática de valores de variação contínua (forma de onda). Especialmente durante a quantificação de potência, o RMS simplifica o cálculo, uma vez que a polaridade da tensão e o sentido da corrente podem ser desconsiderados.

Sua tarefa

Ao avaliar a qualidade da corrente ou sinais de tensão, algumas quantidades como pico e frequência podem ser determinadas diretamente a partir do sinal. Outros itens como, por exemplo, potência de pico, precisam ser calculados. Normalmente, o cálculo é melhor expressado usando o valor quadrático médio (RMS). Com um voltímetro ou medidor de corrente, um circuito analógico pode ser usado para aplicar uma função de transferência de lei quadrática e uma média de tempo para determinar os valores de RMS. No entanto, tais circuitos normalmente são limitados em largura de banda e inadequados para o trabalho com RF.

Solução de teste e medição

Os osciloscópios com ADCs rápidos superam essa limitação. As amostras digitalizadas são a base para o cálculo de RMS, que normalmente está presente na forma de uma medição automática, no osciloscópio. Devido às diferenças na implementação, os resultados podem variar. Sendo assim, é importante entender os métodos e suposições para selecionar a abordagem mais adequada e chegar mais próximo de um resultado preciso. O R&S®RTM2000 oferece três abordagens automatizadas com pontos fortes:

  • Medição padrão de RMS
  • A opção R&S®RTM-K32 fornece uma função de conversão digital de RMS para uma medição de RMS de largura de banda alta
  • As sondas ativas do R&S®RT-Zxx vêm com o recurso R&S®ProbeMeter para uma medição de alta precisão
Cálculo de RMS amostrado do ADC
Cálculo de RMS amostrado do ADC

Aplicação

Medição RMS do osciloscópio digital

Os osciloscópios trabalham fazendo amostragem de sinais analógicos com um conversor ADC e, em seguida, armazenando o valor digitalizado em uma memória buffer. Quando a forma de onda satisfaz a condição de disparo, as amostras no buffer são transferidas para a memória de aquisição para serem reconstruídas e exibidas ao redor do ponto de disparo. O osciloscópio repete esse processo e a forma de onda é atualizada na tela para cada novo conjunto de valores que atende à condição de disparo. Para a medição RMS, os osciloscópios utilizam amostras da forma de onda na memória de aquisição para o cálculo. É um recurso de medição padrão que está presente em quase todos os osciloscópios digitais. Uma vez que os dados são provenientes da memória de aquisição, a taxa de medição pode ser tão rápida quanto a taxa de aquisição da forma de onda.

Impacto da amostragem do osciloscópio na medição RMS

Como a medição é feita através da memória de aquisição, as alterações no método de amostragem, por exemplo, devido a uma decimação diferente e à forma geral da forma de onda na memória de aquisição, exercem um grande impacto no resultado. O ideal é ter uma forma de onda repetitiva e amostras adequadas. Os modos de decimação, que armazenam as amostras do ADC de forma seletiva na memória de aquisição, podem limitar o cálculo, causando uma possível redução na precisão da medição e na largura de banda. Em algumas arquiteturas de osciloscópio, as medições são feitas em amostras de exibição (após a pixelização), degradando ainda mais a precisão da medição de RMS.

Medição de RTM-K32 e RMS mostrada em um bloco de processamento
Medição de R&S®RTM-K32 e RMS mostrada em um bloco de processamento

Opção R&S®RTM-K32 DVM

Diferente da medição automática, que se baseia em amostras da memória de aquisição, o R&S®RTM-K32 calcula o valor de RMS diretamente a partir de amostras do ADC, independentemente da aquisição da forma de onda. O resultado não depende da forma da forma de onda ou do método de amostragem na memória de aquisição. O R&S®RTM2000 ADC opera a 5 Gsample/s, sendo assim, o DVM pode medir sinais de até 2,5 GHz (Nyquist). O cálculo é feito em cada amostra do ADC, para que a medição seja possível mesmo sem uma aquisição completa.

Outra grande vantagem desta implementação é que o R&S®RTM2000 é equipado com um ADC para cada canal. O R&S®RTM-K32 DVM permite até quatro medições paralelas para cada canal. Além da medição de RMS, ele também pode realizar medição direta em CC, pico, crista, e frequências baseadas em amostras ADC.

Precisão do R&S®RTM-K32 DVM

Um dos parâmetros-chave de um voltímetro é sua precisão. A precisão normalmente é especificada no número de dígitos do resultado medido. O R&S®RTM-K32 utiliza as amostras do ADC diretamente e oferece precisão de até três dígitos para leituras de amplitude e de até sete dígitos para contagens de frequência. A precisão é suficiente para a maioria das aplicações, e a flexibilidade de ter múltiplos canais e medições simultâneas de parâmetro é mais importante.

R&S®ProbeMeter

Se a precisão for uma preocupação, o usuário pode recorrer ao R&S®ProbeMeter para uma precisão ainda melhor. Ele vem equipado com um ADC de 24 bits para fornecer uma precisão de medição de CC de 0,1%. Conforme mostrado na figura abaixo, o R&S®ProbeMeter pode ignorar o ADC da interface do osciloscópio, o que o torna independente das configurações de canal do instrumento, e sempre fornecerá uma leitura da faixa dinâmica total.

Sonda diferencial R&S®ProbeMeter
Sonda diferencial R&S®ProbeMeter

Resumo

O R&S®RTM2000 fornece várias opções para a medição RMS. O recurso de medição automática integrado é fácil de ser ativado, mas é limitado pela repetitividade da forma de onda, taxa de amostragem e efeitos da decimação. A opção R&S®RTM-K32 DVM oferece a alternativa de usar diretamente os dados de amostra do ADC para uma melhor medição RMS, com taxa de amostragem de até 5 Gsamples/s e a capacidade de realizar simultaneamente quatro medições de tensão e duas medições de contagem. Se uma maior precisão for necessária, os usuários podem considerar as pontas de prova ativas da Rohde & Schwarz equipadas com o R&S®ProbeMeter, para uma precisão sem precedentes de 0,1% ao longo da faixa dinâmica total.

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