Este artigo é uma tradução livre e comentada do original “Selective Averaging in an Oscilloscope”, escrito por Arthur Pini e publicado em 24 de abril de 2025 no site da EDN (https://www.edn.com/selective-averaging-in-an-oscilloscope/). A tradução foi realizada com o objetivo de tornar o conteúdo acessível à comunidade de língua portuguesa, especialmente estudantes e profissionais da área de engenharia eletrônica. Foram mantidas fielmente a estrutura e as ideias centrais do autor, com a adição de explicações complementares e fórmulas matemáticas relevantes para ampliar a compreensão dos conceitos técnicos apresentados.

Às vezes, queremos analisar apenas os componentes de sinal que atendem a certos critérios ou que ocorrem em momentos específicos dentro de uma aquisição. Essa tarefa não é tão complicada quando se trata de uma única aquisição. No entanto, e se quisermos obter a média apenas daqueles eventos de medição selecionados?

É nesse cenário que recursos aparentemente não relacionados do osciloscópio podem trabalhar em conjunto para fornecer os dados desejados.

Considere uma aplicação em que um dispositivo produz rajadas periódicas de pulsos de RF, conforme mostrado na Figura 1. O objetivo do teste é adquirir e fazer a média apenas daquelas rajadas que possuam uma amplitude específica, neste caso, um valor nominal de 300 milivolts (mV) pico a pico.

Essa medição desejada pode ser realizada utilizando o recurso de teste de aprovação/reprovação (Pass/Fail) do osciloscópio para qualificar o sinal. Este recurso permite testar a forma de onda com base em parâmetros mensuráveis, como a amplitude, e aprovar ou reprovar a forma de onda com base em limites pré-estabelecidos. Alternativamente, pode-se usar um template de máscara, verificando se a forma de onda está dentro ou fora da máscara. Com base nos resultados do teste, diversas ações podem ser tomadas: interromper a aquisição, armazenar a forma de onda na memória ou em arquivo, emitir um alerta sonoro ou gerar um pulso de saída.

Média Seletiva com Teste Pass/Fail

A média seletiva utiliza o teste Pass/Fail para isolar as rajadas de pulso desejadas com base em sua amplitude ou conformidade com uma máscara. Os sinais que passam nos critérios são armazenados em memória interna. O sistema de média é configurado para usar essa memória como fonte, somando os sinais qualificados à média.

Configurando o Teste Pass/Fail

Neste exemplo, a medição se baseia na amplitude pico a pico usando o parâmetro de medição P1. O sistema aceita (ou “passa”) uma rajada de pulso com amplitude nominal de 300 mV dentro de um intervalo de ±50 mV. Assim, os limites do teste são definidos como: \[250\,\text{mV} \leq V_{\text{pp}} \leq 350\,\text{mV}\]

A base de tempo do osciloscópio é ajustada para capturar rajadas individuais de pulso, neste caso, 100 ns por divisão. Isso é importante porque apenas rajadas individuais devem ser somadas à média. Por exemplo, uma rajada adquirida com amplitude pico a pico de 334 mV passa no teste Q1 e é armazenada na memória M1. Este valor está dentro do intervalo permitido.

Por outro lado, uma rajada com 247 mV falha no teste, sendo descartada e não incluída na média.

Uso de Máscaras como Critério para Média Seletiva

A média seletiva também pode ser realizada com base em testes com máscaras. As máscaras podem ser criadas a partir de uma forma de onda adquirida ou podem ser personalizadas com ferramentas de software fornecidas pelo fabricante do osciloscópio, sendo posteriormente carregadas no instrumento.

Neste exemplo, a máscara foi criada com base em um sinal previamente adquirido, cuja amplitude nominal foi de 300 mV pico a pico. Para definir a máscara, o osciloscópio adiciona margens horizontais e verticais à forma de onda original, criando uma faixa dentro da qual todos os pontos da nova aquisição devem estar contidos.

Se todos os pontos da nova forma de onda estiverem dentro da máscara, o sinal é considerado aprovado. Tal como no teste Pass/Fail por parâmetros, se o teste da máscara for bem-sucedido, a forma de onda é transferida para a memória M1 e incluída no cálculo da média.

Contudo, se qualquer ponto da forma de onda ultrapassar os limites da máscara, o teste falha e a aquisição é ignorada. Isso evita que sinais com variações indesejadas contaminem a média acumulada.

A vantagem dessa abordagem com máscaras é que ela permite controle mais preciso sobre a forma temporal e o comportamento da amplitude do sinal. Ela é especialmente útil quando pequenas deformações ou overshoots no sinal são indesejáveis e precisam ser rejeitados automaticamente.

Média Seletiva com Sinal de Habilitação (Gating)

A técnica de média seletiva também pode ser aplicada em barramentos multiplexados, nos quais há um sinal de habilitação, como um chip select (CS), indicando o momento exato em que o dado relevante está disponível.

Neste cenário, o sinal de habilitação é adquirido por meio de um canal de aquisição separado do osciloscópio — por exemplo, o canal 3 (C3). Esse canal capta o pulso do sinal de controle, e o sistema de teste Pass/Fail verifica se o valor máximo do canal está acima de um certo limiar, por exemplo: \[V_{\text{max}}^{\text{C3}} > 100\,\text{mV}\]

Esse critério assegura que o sinal de habilitação esteja em nível lógico alto, sinalizando que os dados válidos estão sendo transmitidos naquele instante. Se o teste for bem-sucedido, o sinal de interesse — digamos, no canal 1 (C1) — é transferido para a memória M1 e somado ao cálculo da média.

Esse tipo de abordagem é particularmente útil quando queremos sincronizar a aquisição com eventos digitais em um sistema embarcado, como transmissões SPI, I2C ou UART, onde os dados válidos estão associados a um pulso de controle.

Nota Técnica

Essa técnica evita a necessidade de capturar e analisar manualmente grandes conjuntos de dados. Ela pode ser combinada com automações para validar amostras, disparar alarmes ou gerar relatórios baseados apenas nos eventos úteis. Isso reduz o ruído estatístico e melhora a relação sinal-ruído (SNR) da média acumulada, tornando-a mais representativa do comportamento real do sistema.

Isolamento de Sinais com Expansão Horizontal (Zoom)

Em certas situações, os segmentos do sinal de interesse estão tão próximos no tempo que não podem ser isolados usando as escalas padrão de base de tempo (como 1, 2 ou 5 divisões por passo). Nesses casos, é possível empregar a função de zoom horizontal do osciloscópio para selecionar apenas a parte desejada do sinal adquirido.

Essa função permite aplicar uma escala horizontal variável, com passos muito finos, possibilitando uma inspeção mais detalhada. O traço de zoom pode ser utilizado como fonte de aquisição alternativa, permitindo que o sistema de média opere diretamente sobre ele ao invés de usar o canal bruto.

Isso é especialmente útil quando analisamos sinais com múltiplas rajadas próximas, ou com comportamento transiente muito rápido, como em testes de comutação em circuitos de potência, rajadas EMI, ou pulsos digitais espúrios. O uso do zoom ajuda a isolar precisamente a região de interesse, evitando que eventos indesejados contaminem o conjunto de dados médio.

Considerações Finais sobre a Média Seletiva

A média seletiva, baseada em testes de aprovação/reprovação (Pass/Fail), é um excelente exemplo de como funcionalidades integradas de um osciloscópio podem ser combinadas para oferecer ao usuário um nível mais alto de controle analítico.

Neste artigo, a ferramenta de média foi utilizada como método de análise, mas ela poderia facilmente ser substituída por outros recursos, como a Transformada Rápida de Fourier (FFT) ou a geração de histogramas, dependendo do objetivo do teste.

A técnica apresentada foi demonstrada utilizando um osciloscópio Teledyne LeCroy HDO 6034B, mas os princípios são aplicáveis a diversos instrumentos modernos que oferecem testes condicionais e memória de forma de onda integrada.

Sobre o autor:
Arthur Pini é engenheiro elétrico e especialista em suporte técnico com mais de 50 anos de experiência em medição e teste eletrônico.

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