I vantaggi della legge di Moore hanno aumentato le prestazioni e ridotto i costi dei prodotti elettronici per oltre mezzo secolo. I ritmi di sviluppo e la proliferazione di dispositivi mobili hanno sfruttato la legge di Moore, crescendo a una percentuale di Cagr stimata per il 2011-2017 del 24,9 %. Questa tendenza sta alimentando sia sviluppi nel processo del silicio, significativi per l'elettronica di consumo, che guidando questi dispositivi verso l'elaborazione di segnali necessari a soddisfare la domanda.“La rivoluzione digitale non sta portando l'elaborazione del segnale analogico all'estinzione. In realtà sta accadendo proprio il contrario. Mentre il mondo digitale continua la sua espansione esponenziale, le funzioni analogiche e a segnale misto stanno crescendo dal punto di vista numerico, delle prestazioni e della diversità. Come sempre, la sfida del fornire di "più" (funzionalità, larghezza di banda, intervallo dinamico) con "meno" (energia, dimensioni, costi) manderà avanti la tecnologia” è il commento di David Robertson di Analog Devices. Gli strumenti tradizionali di misura e collaudo non hanno tenuto il passo con questa crescita in modo efficace e conveniente. A causa di requisiti severi sulle prestazioni, la strumentazione si è affidata a metodologie di progettazione più discrete. Anche se questi metodi forniscono precisione e stabilità, gli strumenti tradizionali sono costosi, complessi da progettare e spesso non al passo con il cambiamento intrinseco ai dispositivi che aspirano a testare. Non si riescono così a sfruttare i benefici dell'integrazione. Gli utenti della strumentazione Rf sfrutteranno i vantaggi dei tre trend che spostano la strumentazione Rf sulla traiettoria che incontra la legge di Moore: tecnologia Cmos avanzata, un più ampio utilizzo degli Fpga e progettazione ottimizzata con fattori di forma modulari.
I progressi nella tecnologia Cmos
Nella progettazione della strumentazione tradizionale per il test Rf, la manipolazione del segnale è stata realizzata prevalentemente nel dominio analogico. Questo significa che è necessario sviluppare sistemi analogici complessi e di grandi dimensioni per amplificare, filtrare, mixare e manipolare i segnali elettrici, affrontando contemporaneamente le realtà fisiche della non linearità, del rumore, accoppiamento, interferenza, dissipazione dell'energia e così via. Questo lavoro richiede notevoli investimenti e competenze da parte dello sviluppatore, e, di conseguenza, una strumentazione costosa. Analog Devices afferma, nel suo articolo del 2011 " Trend nella conversione dei dati": "Il mercato della comunicazione wireless resterà un altro elemento chiave per le prestazioni dei convertitori di dati, l'efficienza energetica e l'integrazione di calcolo... ed è chiaro che il futuro dei convertitori ad alta velocità in questo mercato sarà definito da un consumo energetico più basso, combinato a velocità di campionamento più elevate, larghezze di banda più utilizzabili e frequenze intermedie più alte." La nuova strumentazione Rf unisce i più recenti convertitori di dati delle infrastrutture di comunicazione con i modulatori e demodulatori a IF zero. Queste architetture sono dotate di numerosi vantaggi rispetto a quelle tradizionali: costi minori, consumi energetici più bassi e alta selettività. Queste funzionalità sono utili per testare i più recenti standard sulla connettività cellulare e wireless, come la norma 802.11ac e Lte.
Utilizzo più ampio degli Fpga nella strumentazione
Gli Fpga sono utilizzati per la manipolazione e l'elaborazione dei dati così come per l'elaborazione dei segnali digitali. Il Dsp è diverso, nel senso che i segnali analogici vengono convertiti dal dominio analogico al dominio digitale dai convertitori di dati e poi manipolati ulteriormente nel dominio digitale. Avere al centro della strumentazione di collaudo processori di segnali digitali basati su Fpga potenti e programmabili ha diversi vantaggi. Prima di tutto, gli Fpga sono, di natura, paralleli e, quindi, in grado di svolgere calcoli matematici complessi simultaneamente senza coinvolgere un processore host. Il processore di segnali digitali è capace di convertire grandi record di dati in blocchi di informazioni gestibili, che possono essere successivamente manipolati o archiviati sulla rete. Un altro vantaggio del Dsp sulla strumentazione di test basata su Fpga è che è riprogrammabile. Significa che un pezzo di hardware può essere impiegato per diverse applicazioni di collaudo ed essere adatto per test attuali o basati su standard futuri. Uno strumento definito dal software offre, inoltre, la possibilità di sviluppare un'applicazione personalizzata o aggiornare il dispositivo alle più recenti applicazioni di test. Diventa, di conseguenza, test definito dal software e trae vantaggi dai rapidi progressi dello sviluppo degli Fpga, che stanno soppiantando i processori. La potenza degli Fpga ha portato a una riduzione dei costi e delle dimensioni della strumentazione di test Rf, permettendole di soddisfare le esigenze dei test Rf con alti volumi. Un ulteriore vantaggio dell'utilizzo degli Fpga sono i tempi di test ridotti. Sincronizzando la temporizzazione del controllo digitale con l'Fpga integrato sul ricetrasmettitore vettoriale di segnali di NI e il front end Rf dello strumento, Qualcomm Atheros ha ridotto la durata dei test di oltre 20 volte rispetto alle soluzione Pxi precedenti e fino a 200 volte rispetto alla soluzione originale che utilizzava gli strumenti tradizionali.
Fattore di forma modulare
Realizzare sistemi di test automatizzato per verificare le prestazioni e la qualità dei più recenti dispositivi elettronici richiede una combinazione di strumenti, bus di dati, dispositivi di elaborazione e archiviazione dati in un fattore di forma compatto e affidabile. Nel 1997, per soddisfare questi requisiti e stare al passo con la legge di Moore, National Instruments presentò la piattaforma Pxi. I primi sistemi Pxi venduti nel 1998 disponevano di un processore Pentium Mmx a 233 MHz con al massimo 128 MB di Ram; gli odierni sistemi Pxi sono caratterizzati da processori quad-core Intel Core i7-3610QE a 2.3 GHz con fino a 16 GB di Ram. In questo caso le prestazioni di elaborazione nello stesso fattore di forma sono più di 134 volte migliori. La crescita nel mercato mobile sopra menzionata comporta una rapida adozione di nuovi standard wireless, come Ieee 802.11ac e Lte. Per soddisfare le sempre più crescenti e mutevoli esigenze di collaudo, i distributori di strumenti di test stanno progettando soluzioni per i test Rf nel fattore di forma privilegiato di Pxi. Recenti annunci sui prodotti Pxi includono analizzatori di rete vettoriali, analizzatori di segnali vettoriali e generatori di segnali vettoriali di produttori quali Aeroflex, Agilent e National Instruments. Il fattore di forma Pxi, però, è vincolato nella potenza (~30 W a slot) e nelle dimensioni (formati Eurocard), ed è, quindi, obbligato ad adottare le ultime tecnologie dei convertitori di dati e degli Fpga per rimanere competitivo. Per questo motivo rappresenta un veicolo commerciale adatto a fornire questi vantaggi agli ingegneri RF.
La legge di Moore oltre il 2013
In base alla legge di Moore, Intel si aspetta che i progressi nelle prestazioni informatiche proseguano per i prossimi 10 anni. Questo trend sta alimentando sviluppi significativi non solo per l'elettronica di consumo, nel processo Cmos e negli Fpga, ma anche progressi nella strumentazione di test Rf di ultima generazione. Con tutta probabilità, vedremo utilizzi aggiuntivi per la tecnologia derivante dai dispositivi in rapida crescita di elettronica di consumo, perché in grado di avere effetti dirompenti sui costi, gli ingombri e la velocità di collaudo delle soluzioni di test Rf di ultima generazione.
