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TV SMART MEDICION DE SEÑALES LVDS (PARTE 4) TODO SOBRE LAS COMUNICACIONES DIGITALES MAS MODERNAS DEL TV por PICERNO 
4.1 APENDICE LAS CONEXIONES TTL Y LOS OSCILOSCOPIOS DIGITALES.
Cuando dos integrados digitales se encuentran a corta distancia entre si, no es necesario usar un loop de corriente. Basta con una conexión directa pata a pata o comunicación por pulsos de tensión. Por supuesto los circuitos integrados tienen que estar preparados como para que no se produzcan cruces de pistas y deben ser compatibles en el valor de los pulsos de datos.
También importan la distribución de puertos y además ambos circuitos integrados transmisor y receptor deben aceptar la misma señal de clock y otras señales de control. El diagrama interno no tiene mayor importancia cuando estamos reparando, todo lo importante es que si la salida del transmisor es de 3,3V (o de 5V en las compuertas antiguas) la entrada del receptor de datos debe tomar esa tensión como un "1" y no debe afectar su forma de señal ni su amplitud; y la salida del transmisor es cero volt el receptor la debe interpretar como un cero y no la debe modificar ni en amplitud ni en forma.
Esto es fácil de comprobar si Ud. posee un osciloscopio y si este tiene la adecuada respuesta en frecuencia. Pero hay una verdadera confusión entre las cantidad de muestreos del osciloscopio en "megasampling" y la respuesta en frecuencia de los amplificadores verticales del mismo.
Si pusimos esto como un apéndice es precisamente porque no es de una utilidad específicamente práctica y un reparador puede no conocer nada del tema y reparar igual. Pero tengo muchos lectores curiosos y muchos estudiantes de ingeniería que pueden apreciar este apéndice.
"Sampling" se traduce perfectamente al español como "muestra". El tema es mas de estadística que de electrónica. Creo que no existe un fenómeno físico que no corresponda con una variación curva de un parámetro. Inclusive los matemáticos consideran que una variación lineal (una recta) es un caso particular de una variación no lineal (una curva). Pero todos los instrumentos modernos con presentación digital tienen que transformar esa curva continua en una representación por muestras de cada punto de ella.
Imaginemos una visualización clásica de la electrónica que es la representación de una señal triangular de 20V de pap y 25 Hz con el pico inferior como cero, tal como la mostramos en la figura 4.1.1.
Fig.4.1.1 Señal triangular
Por ejemplo vamos a considerar que un osciloscopio presenta una imagen como la de la fig.4.1.1 que dispara justo en un escalón ascendente que está a nivel de 10V. Esto quiere decir que el dibujo de la pantalla va a tener algunos escalones positivos de 1V y luego comenzará el descenso con 20 escalones descendentes para completar la curva con 20 escalones ascendentes y 10 descendentes. Luego viene la repetición hasta el infinito de la misma señal. Pero nosotros sabemos que nuestra señal se genera en un generador analógico, que no tiene escalones sino una variación lineal de la tensión que crece y decrece sin saltos.
¿Entonces quien genera los escalones? Los escalones se producen en el osciloscopio porque estamos usando un osciloscopio digital. Si utilizáramos un viejo osciloscopio analógico con tubo de rayos catódicos el haz se comporta como un lápiz que dibuja la señal como realmente es; sin escalones.
En realidad la imagen que se observa en la pantalla de un osciloscopio digital de buena calidad, tiene escalones mucho más pequeños que los utilizados aquí, porque tiene un error de digitalización mucho menor (un modo elegante de decir escalones mas pequeños). Nosotros utilizamos uno mayor para simplificar los dibujos. ver la
Fig.4.1.2 Oscilograma real en un osciloscopio digital de 100 MHz
Ahora vamos a mostrar una ampliación de un sector de la imagen para que el lector vea los efectos de la digitalización de las señales.
Fig.4.1.3 Ampliación del trazo en el centro
Como se puede observar mi osciloscopio puede representar escalones con una base de 500 MSa/s (500 megasampling por segundo) es decir que puede dibujar escalones con una duración de 1/500.000.000 de segundos o 2 nS y con una altura que depende de la sensibilidad vertical elegida.
En nuestro caso elegimos el canal 2 con una sensibilidad vertical 5V/div y una velocidad de muestreo M de 25 mS/div, tal como está indicado en la parte inferior del marco.
De todo lo dicho podríamos realizar una síntesis que nos permita determinar cuál de los dos factores que caracterizan a un osciloscopio es más importante cuando elegimos al mismo.
No existe una relación entre la velocidad de muestreo y el ancho de banda vertical del osciloscopio. Ambos son parámetros independientes.
La velocidad de muestreo nos permite calcular cuántos ciclos de una señal se pueden ver en la pantalla de acuerdo a la cantidad de pixeles a lo ancho que tiene la misma. Y es un simple cálculo por regla de tres simple. Pero sin hacer ninguna cuenta podemos decir que en general los fabricantes permiten que se puedan observar unos 2 ciclos del ancho de banda máximo del osciloscopio, como mínimo.
4.2 ESTUDIO DE LAS SEÑALES ARMÓNICAS
Como nuestra señal de datos LVDS tiene una frecuencia equivalente a 80 MHz y mi osciloscopio puede reproducir frecuencias de 100 MHz, significa que tengo el problema resuelto con mi osciloscopio y voy a ver la señal LVDS sin distorsiones.
No, la cosa no es tan simple; la señal equivalente a los datos es una señal rectangular y los 100 MHz indicados en el frente del osciloscopio son de señal senoidal.
Para reproducir una señal rectangular con poca distorsión hay que ver por lo menos hasta la décima armónica de la frecuencia fundamental de 100 MHz. Es decir que se requiere un osciloscopio de por lo menos 1.000 MHz y ese animal no existe. Los mejores están en los 150 MHz.
El modo más didáctico de ver como se forma una señal rectangular a partir de una senoidal de la frecuencia fundamental igual a la rectangular, lo encontré en un link de Wikipedia en donde se observa todo el proceso de formación.
https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_cuadrada
Se puede ver como la señal rectangular se genera sumando proporciones calculadas de armónicas pares de la señal fundamental (es decir la fundamental por 2, por 4 por 6 etc.. Aun cuando llegamos a la décima armónica la señal sigue teniendo una distorsión con respecto a la ideal.
Entonces cual es la solución; la solución es imposible si tomamos como señal a una frecuencia equivalente a los datos. Pero si tomamos la señal de datos real, tendremos momentos en que casualmente se da una seguidilla de 0s y 1s. En esos momentos todo ocurre como si la frecuencia de los datos fuera menor.
Por ejemplo si el video corresponde a una imagen de una verja con listones verticales del mismo ancho que la separación entre listones, los datos serán una serie de por ejemplo 10 1s seguidos de 10 0s como puede observarse en la figura 4.2.1.
Fig.4.2.1 Verja de 10 cm separada 10 cm.
En las zonas con pulsos, la tensión no tiene tiempo de caer pero en la zona sin pulsos tiene tiempo de sobra y cae al valor nulo antes de que comience un nuevo tren de pulsos. El resultado lo mostramos en la figura 4.2.2.
Fig.4.2.1 Vista del oscilograma en un osciloscopio de 100 MHz
Vemos claramente que la amplitud de los pulsos, que habitualmente no debe modificarse nunca, aquí se modifica y en definitiva es como si generaran una señal de menor frecuencia (en este caso 10 veces menor).
Esto sería una cosa totalmente casual y deberíamos esperar una señal de video adecuada para poder percibir estas señales; pero haciendo memoria los TVs a TRC tienen una señal de video que tiene siempre dos periodos de exploración muertos (con la pantalla en negro) que son el retrasado horizontal y el retrasado vertical. Es decir que no se transmiten señales de video todo el tiempo sino que hay una veda de datos del orden del 25% del tiempo total.
Si seguimos recordando, esas señales tenían una duración y una frecuencia muy precisas que dependía de la norma de TV utilizada en cada conjunto de países que usaban la misma norma y que las más utilizadas eran la norma N y la norma M.
Todos los TVs LCD tiene la posibilidad de ingresar señales analógicas de aire que cumplen esa norma. En realidad en todos los países existe un compromiso de cortar las transmisiones analógicas en un cierto día, pero los TVs LCD siguen teniendo la posibilidad de ingresar señales de RF porque aun hay países que en donde esa fecha aun no llegó y otros que la reprogramaron por problemas económicos. Y con la pandemia y sus secuelas económicas suponemos que esos canales van a tener aun un largo plazo hasta que llegue el silencio analógico.
En síntesis que con fines de prueba nosotros tenemos un hermoso conector que dice RFin en donde podemos conectar las señales de un antiguo videograbador o un hermoso conector RCA de audio/video donde podemos conectar un reproductor de DVD y obtener señales N o M.
Supongamos que tenemos norma M en nuestro video reproductor. Si Lo conectamos a un TV LCD el mismo va a transformar las señales analógicas de entrada en señales digitales dentro del microjungla y nosotros obtendremos una señal LVDS de salida que tiene una veda de transmisión de datos a frecuencia de 50 Hz que dura el 5% del tiempo total y otra veda de 15.625 Hz que dura el 20% del total.
Si pongo el osciloscopio con una base de tiempos de 20 us por división voy a ver 2 o 3 vedas de datos de la señal LVDS correspondiente al borrado horizontal. Si coloco el osciloscopio en 20 mS puedo ver el pulso de borrado vertical y los pulsos de horizontales van a salir como una mancha brillante ya que van a aparecer 625 x 3 = 1875 veces sobre la pantalla y se van a superponer.
La señal de datos va generar pulsos de modulación en la zona no vedada que podemos relacionar con el video observado en la pantalla. Esos picos nunca van a tener una amplitud superior a la veda de sincronismo cualquiera sea esta que estemos observando (la vertical o la horizontal).
En un TV LCD aparentemente no harían falta las vedas dado que no existe un haz electrónico que debe cambiar su dirección de marcha. Pero toda la señalización que indica que se completo una línea y se completo un cuadro requiere un tiempo y ese tiempo es el equivalente a los borrados de la TV a TRC.
En una palabra que en cualquier caso siempre vamos a tener una señal de baja frecuencia para medir, inclusive de frecuencia tan baja que se puede escuchar y justamente nuestra sistema de medición de las señales LVDS va incluir la medición con un tester en CA, pero nosotros preferimos escuchar la señal con un bafle para PC porque eso nos permite observar que la punta de prueba este en el punto donde precisamente debe estar. No es una medición de gran precisión pero es suficiente para nuestro trabajo de reparadores.
En la próxima entrega le vamos a dar mas precisiones sobre este tipo de medición, incluyendo la construcción de la punta de prueba adecuadas para las dimensiones de un par.
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