Oscilloscopio para reparar PCBs

[Emiliano Arlettaz]

Hola, mi nombre es Emiliano y soy nuevo en el foro. Tambien soy nuevo coleccionando PCBs jeje hace menos de un año que tome la decision de hacerme con algunas de las joyas que marcaron mi infancia y desde entonces no pude parar.
La cuestion es que he ido acumulando algunas PCBs sin funcionar o con defectos. Algo de maña me doy con la electronica por lo que ya he podido reparar varias con fallas groseras o faciles de detectar, inclusive una CPS3. Pero creo que ya es hora de dar un paso y comprar un oscilloscopio para poder detectar fallas mas complejas.
Hay una gran variedad en el mercado y el rango de precios es muy grande. Los hay con display incluido o totalmente USB. Me gustaria debatir aca cual seria una herramienta adecuada para este trabajo con una buena relacion calidad/precio. El ancho de banda necesario del oscilloscopio para los arcades tambien es una gran duda que tengo, ya que esto afecta de forma exponencial el precio de los mismos. De las placas que poseo o me interesa coleccionar creeria que lo mas tecnologico es la CPS3 o placas estilo Killer Instinct. No he chequeado a que frecuencia trabajan los chips de estas placas aun.

[lugerius]

Hola, mi nombre es Emiliano y soy nuevo en el foro. Tambien soy nuevo coleccionando PCBs jeje hace menos de un año que tome la decision de hacerme con algunas de las joyas que marcaron mi infancia y desde entonces no pude parar.
La cuestion es que he ido acumulando algunas PCBs sin funcionar o con defectos. Algo de maña me doy con la electronica por lo que ya he podido reparar varias con fallas groseras o faciles de detectar, inclusive una CPS3. Pero creo que ya es hora de dar un paso y comprar un oscilloscopio para poder detectar fallas mas complejas.
Hay una gran variedad en el mercado y el rango de precios es muy grande. Los hay con display incluido o totalmente USB. Me gustaria debatir aca cual seria una herramienta adecuada para este trabajo con una buena relacion calidad/precio. El ancho de banda necesario del oscilloscopio para los arcades tambien es una gran duda que tengo, ya que esto afecta de forma exponencial el precio de los mismos. De las placas que poseo o me interesa coleccionar creeria que lo mas tecnologico es la CPS3 o placas estilo Killer Instinct. No he chequeado a que frecuencia trabajan los chips de estas placas aun.

¡Saludos!. Acá un hilo donde se trató el tema viewtopic.php?f=14&t=1464&p=9704

El CPU de Killer Instinct es a 100MHz, Mortal Kombat 2 me parece es a 50MHz, CPS3 25MHz. Pienso que por precio y ancho de banda uno de 50MHz es ideal.

[Artemio]

Ya Lugerius te mandó al tema donde lo hablamos de manera breve, en donde el tema era lo mínimo.

No soy un experto, nada más alejado de la realidad. Pero esto es lo que he aprendido con los años. Quisiera agregar un par de cosas más:

Frecuencia:

Como mencioné en aquel tema, necesitas uno que por lo menos sea de 20Mhz, pero para las PCBs que mencionas eso no es suficiente. En CPS3 hay partes que corren hasta casi 22Mhz https://git.redump.net/mame/tree/src/ma ... s/cps3.cpp en el audio, y en Killer Instinct el CPU corre a 100Mhz https://git.redump.net/mame/tree/src/ma ... /kinst.cpp

Como regla general, por teorema de Nyquist, se necesita el doble de ancho de banda para poder samplear una señal. Es decir, si la PCB que vas a diagnosticar corre a 15Mhz, necesitas 30Mhz para poder realizar mediciones confiables. (¡leer posts de abajo para detalles en este punto!)

Las PCBs arcade de los 80-90s suelen estar entre 1.5Mhz y 10Mhz. Las de los 90s a 2000 entre 10Mhz y 100Mhz, mas cargadas hacia abajo de 50. Ya de 2000 para arriba he visto de 200Mhz comúnmente.

Analógico vs Digital

Trataré de sumarizar de manera muy simplista las ventajas, toma en cuenta que hay digitales con CRT.. no por tener una pantalla que no sea LCD es analógico. De hecho existen analógicos que ha costado superar con la tecnología digital.

Pero en nuestro mercado podrás encontrar varios de los 70s y 80s, que suelen tener muy buen ancho de banda. Suelen ser baratos con relación a este dato. El problema puede ser el espacio que tengas, porque el CRT hace que sean profundos y pesados comparándolos con los actuales. Sólo los modelos más nuevos tienen memoria de almacenamiento o análisis. Aprender a usarlos no es difícil, y de hecho te puede ayudar a entender mucho mejor lo que estas haciendo. No tardan nada en arrancar.

El digital suele ser más pequeño, sus desventajas y ventajas son las que se derivan del hecho de ser digitales. La resolución de la pantalla puede limitar como se gráfica la señal en los modelos más económicos. Suelen tener asistencia de muchos tipos, para el trigger, autodetectar la señal, medir los valores de voltaje y frecuencia de manera inmediata, a veces permiten guardar y comparar señales, realizar pruebas, analizar protocolos, transformadas de fourier en tiempo real y muchas cosas más... que aunque pueden ser útiles en algunos casos, para diagnóstico de PCBs suelen ser lujos (no todos).

Memoria para sampleo en digital

Aquí el gran asunto con digital, el chiste es poder congelar una señal en alta resolución y revisar como se comporta en un tiempo determinado. Esta es la gran ventaja de un ociloscopio digital. Pero si la memoria es poca, com en muchos Tektroniks de gama baja, de nada te va a servir esta ventaja. Yo empecé con un Tektronix 1042 por ignorancia... y aunque en detección de señales, análisis de video, triggers y demás es super bueno la memoria es risible. Sin mencionar la resolución y tamaño de la pantalla. La verdad hoy en día sólo lo uso cundo quiero analizar señales de video analógico en detalle, o cuando lo muevo de lugar por su tamaño.

Dependencia a PC

Hay muchos actuales que en realizad son solo la parte que digitaliza la señal y todo se hace en la PC. No los he probado, pero pueden ser una opción. Aquí en realidad es el software el importante y hasta donde se la calidad puede variar mucho en interfaz, capacidades, precisión e idioma.

Numero de canales

Lo más común es que tengan 2 canales simultáneos. Revisa si son independientes en el ancho de banda (ej, cada uno a 20Mhz por ejemplo). Entre más mejor y más caro, aunque por supuesto sirve para problemas más complejos. En diagnóstico básico vas a estar trabajando con un solo canal, pero habrá veces donde quieras ver como se comporta una señal relativa a otra... por ejemplo la señal de enable de algún chip, o de read write contra las lineas de dirección o entrada y salida.

Otras catacterísticas

- Puntas incluídas: que tengan su cable a tierra, gancho para dejar fija la punta, su ancho de banda máximo, impedancia compatibel con tu aparato.
- Conectividad via USB o Ethernet: sirve mucho para realizar capturas de datos y comparar. Pero no es indispensable.
- Soporte de USB: se pueden guardar datos de la señal a USB para analisis en pc, o capturas de pantalla
- Tamaño de la pantalla: entre más grande, más cómodo. Revisa la resolución real.
- Tamaño del aparato: Esto dependerá de tu área de trabajo.
- Tiempo de booteo: el analógico es rey, muchas veces lo uso por no esperar. En mi caso el Tek es el más lento, luego el Rigol que le gana por mucho al Tek en el mismo rango de precio y el Tek analógico es inmediato.

[Emiliano Arlettaz]

Hola! Muchas gracias Artemio y Lugerius por sus respuestas!!!

Profundizando en internet un poco mas el tema me gustaria hacer notar un detalle. Parece que el ancho de banda en general en instrumentos de medicion se define como la frecuencia a la que el instrumento mide una señal sin una atenuacion significativa (se toma -3dB que es un 70% aprox). Esto quiere decir que si la señal tiene 1V pico y es un Seno por ejemplo con una frecuencia de 100Mhz y mi oscilloscopio es de 100Mhz de ancho de banda, en la pantalla voy a ver 0.7V pico. De ahi supongo que si tengo una señal de 100Mhz que quiero medir, no necesito un oscilloscopio de 200Mhz. No es necesario cumplir con el teorema del muestreo doblando la frecuencia de la señal, supongo que eso ya lo tiene en cuenta internamente el aparato al especificar los 100Mhz. Esto se cumple para oscilloscopios tanto analogicos como digitales ya que el pricipio de funcionamiento de la zonda que toma la señal es la misma. Espero haber entendido bien y no estar hablando cualquier cosa jeje. Parece que hay que tener en cuenta otros parametros en el caso de los digitales, pero ya me estoy durmiendo por hoy jajaja

Dejo uno de los articulos que lei que me parecio muy bueno: https://www.testandmeasurementtips.com/ ... illoscope/

[lugerius]

Sobre lo de los -3dB es correcto, ese valor corresponde a una pérdida de potencia de la señal del 50%. Se usa como frecuencia de corte.

Por otro lado, sobre el teorema de Nyquist solamente aplica para el sampleo de señales (osciloscopios digitales), en osciloscopios digitales existe la especificación de Samples/segundo. Esa es la que comenta Artemio y debe ser de al menos el doble de la máxima frecuencia que se desea medir. SI quieres medir una señal de 100MHz necesitas que el osciloscopio samplee esa señal al menos al doble, es decir, 200MS/s.

Otra característica que puedes considerar es que algunos osciloscopios digitales incluyen entradas para analizador lógico, instrumento que igual puedes llegar a necesitar.

[Artemio]

Lo que mencionas de la atenuación y el ancho de banda es correcto.

Utilicé una señal de 28.6373Mhz, de una PCB Strikers 1945II:

- Tektronix 455 (1976)
Analógico
50Mhz
CRT
Sin memoria, pero se puede hacer zoom a 10x y desplazarse sobre la señal.
2 canales

- Tektronix TBS1042
Digital
40 MHz
500 MS/s
Memoria 2.5k puntos totales (realmente risible, no te sirve para regresar o adelantar nada)
Pantalla de 5 pulgadas 4:3 TFT 320x240
2 canales

TEKTBS1042.png (3.6 KiB) Visto 4383 veces

- Rigol DS2072A
Digital
70 Mhz ->300 Mhz
2 GSa/s
Memoria
Un canal: 14k pts, 140k pts, 1.4M pts, 14M pts y 56M pts
Dos canales: 7k pts, 70k pts, 700k pts, 7M pts y 28M pts
Pantalla de 8 pulgadas 16:9 TFT 800x480
2 canales

RigolDS2072A.png (72.12 KiB) Visto 4383 veces

Así que sí, el fabricante ya toma en cuenta el máximo. EL dato importante sería entonces conocer la memoria y el sample rate (frecuencia de muestreo), ya que son tus limitantes. Ambos a veces se dividen entre canales activos.

Hic etambién pruebas con el reloj directo, excediendo a los dos Tektronix:

Frecuencia 57.2746, 4 volts de pico a pico.

Tek 455:

Tek TBS 1042:

TEK1042-57.png (3.26 KiB) Visto 4383 veces

Rigol DS2072A:

Rigol-57.png (65.95 KiB) Visto 4383 veces

De ello podemos concluir que estas en lo correcto: Nyquist ya está tomado en cuenta en el ancho de banda, por lo menos de estos dos fabricantes. Habrá que ver el sampling rate para determinar si con ese se soporta la frecuencia anunciada por el fabricante en casos extremos. Al post de arriba le voy a tachar esa parte y mencionar que lean más adelante.

Lo que sí es cierto, no sólo se atenúa la señal, también se pierde detalle relativo al sampling rate. Y evidentemente las mediciones dejan de ser confiables (ver las frecuencias medidas)

Dos artículos buenos al respecto:

https://community.keysight.com/communit ... o-you-need
https://www.ecmweb.com/content/understa ... ample-rate

Creo que esta es información relevante por ejemplo:

To create a waveform accurately, a DSO must gather a sufficient number of samples relative to a trigger. In theory, a digital scope needs more than two samples per sine wave period (one full cycle of a regular waveform) to reproduce a sine wave. Otherwise, the acquired waveform will be a distorted representation of the input signal. This requirement usually limits the maximum signal frequency that a digital scope can acquire in real-time. Because of the limitation in real-time acquisition, many DSOs specify two bandwidths: repetitive-signal (or analog) bandwidth and real-time bandwidth.

The repetitive-signal bandwidth represents the highest-frequency sinewave signal that the scope's input circuits can accept with three decibel maximum attenuation (the point where distortion becomes unacceptable). It's important to note that this frequency limit applies to repetitive waveforms (signals that repeat in a regular and reliable fashion).

The real-time bandwidth, in contrast, defines the highest frequency sinewave that a DSO can capture by sampling in a single pass, using a single trigger. This is also sometimes called the single-shot bandwidth.

Es decir, para un reloj com lo que muestro arriba no es problema... pero para una señal digital sin duda lo es.

Y acá los métodos usados, leer el link para más información.

Equivalent-time sampling. The equivalent-time sampling method allows a DSO to have a bandwidth that is higher than its sample rate, which in fact many DSOs do. For instance, one popular DSO has a sample rate of 25 MS/s (mega-samples per second), but an analog bandwidth of 50 MHz. Because the sample rate must be more than twice the maximum signal bandwidth to build an accurate waveform, equivalent-time sampling must be used in this scope's design. The scope uses a series of successive trigger events to gradually build up a picture of the waveform. With each trigger, another set of samples are added to the picture, until enough samples have been collected to "fill in the blanks" so to speak and meet the Nyquist requirement (see sidebar on page 72) for minimum number of samples required.

In equivalent-time, a slower, lower-cost digitizer can be used to sample high-frequency signals. This is because the samples are collected over time and by capturing multiple acquisitions. This is depicted in Fig. 3.

Equivalent-time sampling should only be used when measuring repetitive signals. If there are intermittent glitches or single-shot events, they cannot be accurately captured

Y esta es la parte que te interesa para reparaciones:

Real-time sampling. Scopes using the real-time sampling method must gather all the samples for a waveform from a single trigger event. This requires a higher sample rate to achieve the same bandwidth, as compared to an equivalent-time scope. This high sample rate is sometimes referred to as oversampling: a term meaning more than the minimum two samples are used per waveform period, as shown in Fig. 4 (see page 70).

The benefit gained from real-time sampling is quickly realized when trying to view a signal that changes over time, as when making an adjustment in a piece of equipment or when trying to capture a single-shot or intermittent signal. Intermittent or transient events, which are common in equipment troubleshooting applications, must be viewable. Equivalent-time DSOs can capture single-shot events, but at speeds that are much slower. For example, a 50-MHz equivalent-time scope with a sample rate of 25 MS/s has an actual maximum single-shot bandwidth of only 10 MHz.

[Emiliano Arlettaz]

Impresionante las respuestas, gracias por tomarse su tiempo. De todo esto concluyo que para el caso puntual del Killer Instinct con el procesador a 100MHz, supongo que teniendo en cuenta la atenuacion, podria servir un instrumento como este:

https://articulo.mercadolibre.com.ar/ML ... quantity=1

Es de 100Mhz de ancho de banda, pero muestrea a 1GS/s!!! Aqui cuesta el equivalente a 450 dolares mas o menos.

He visto de la misma marca pero con analizador logico de 32 canales creo, una bestia! Pero el precio es mas que el doble

[Artemio]

Te recomiendo ahora leas reseñas de usuarios. Acá un ejemplo de ese modelo

https://www.eevblog.com/forum/testgear/ ... illoscope/

El historial de actualizaciones por la marca, su interfaz, etc pueden ser muy importantes.

[Emiliano Arlettaz]

Gracias Artemio, encontre un Rigol en el mismo rango de precio muy interesante:

https://articulo.mercadolibre.com.ar/ML ... quantity=1

Voy a investigar mas y comparar Rigol, Owon, Uni-t y Siglent que son las marcas que se consiguen aca. Saludos!