È esperienza più o meno comune, in ogni ambito di applicazione, che lo sviluppo di progetti complessi richiede non soltanto competenze specifiche ma anche strumentazione di lavoro adeguata. Nel settore delle apparecchiature elettroniche high-end spesso questo si traduce in una sola cosa: oscilloscopi real-time ad elevata banda passante. Ricerche recenti hanno mostrato che tale segmento interessa ormai il 25% del mercato degli oscilloscopi (che vale complessivamente 1 miliardo di dollari) e ha margini di crescita significativi (sull’onda della diffusione dei protocolli di comunicazione seriali high-speed). Non deve quindi stupire l’interesse mostrato in quest’ambito dalle principali case produttrici, che, al solito, si contendono la scena annunciando la disponibilità a catalogo della migliore soluzione possibile. Di seguito, in particolare, sono presentate le caratteristiche principali degli oscilloscopi high-end di tipo real-time (non sono quindi considerati i dispositivi sampling) disponibili correntemente presso Agilent, LeCroy e Tektronix
LeCroy - WaveMaster 8 Zi-A è la nuova famiglia di oscilloscopi di fascia alta proposta da LeCroy. Lo strumento si caratterizza per una banda passante (analogica) di fino a 45 GHz (la più alta attualmente presente sul mercato), una capacità di acquisizione di fino a 120 GSamples/s ed una profondità di memoria di fino a 768 Mpts. Dispone di fino a 4 canali, campionabili simultaneamente con banda di 20 GHz e capacità di acquisizione 40 GS/s per uno. Il piano di rumore nella misura del Tie (Time Interval Error) del segnale è di soli 125 fsRMS , con una stabilità di 175 fsRMS per acquisizioni oltre i 10 µs. I canali d’ingresso supportano interfacce per sonde ProLink e ProBus. La prima configurazione si caratterizza per un’impedenza di ingresso di 50 Ω ed accoppiamento DC o GND, supportando segnali entro ±2 V a risoluzione verticale sotto i 100 mV/div e fino a 5.5 Vrms al di sopra di questa. L’interfaccia ProBus aggiunge a tali specifiche l’accoppiamento in Ac e con impedenza di ingresso a 1 MΩ, con intervallo di tensioni di misurabile, in tale modalità, di fino a 250 V. La risoluzione verticale è fino a 11 bit con la funzionalità Eres (Enhanced RESolution).
Le elevate prestazioni dello strumento, in termini di banda passante e capacità di campionamento, sono rese possibili dall’adozione della tecnologia Dbi (Digital Bandwidth Interleave) che, fondamentalmente, si basa sulla decomposizione mediante diplexer del segnale in ingresso in due componenti nella regione dello spettro al di sotto ed al di sotto dei 20 GHz, campionate separatamente (la seconda a valle di opportuno down-converter). Nuove generazioni di amplificatori a banda larga, mixer, attenuatori e filtri assicurano elevata accuratezza e basso rumore. Ogni canale di misura si basa su un Adc monolitico realizzato in tecnologia proprietaria SiGe e con una capacità di campionamento di fino a 40 GS/s. Rispetto alle soluzioni tradizionali, la scelta LeCroy assicura così non soltanto più elevata capacità di campionamento e maggiore profondità di memoria ma, appunto, anche maggiore banda passante. Risulta aggiornabile, offrendo al cliente la garanzia della protezione nel tempo del proprio investimento iniziale. Gli oscilloscopi della serie WaveMaster 8 Zi-A condividono infatti la stessa architettura pur essendo disponibili nelle diverse versioni con banda passante compresa tra 4 e 45 GHz. Tale architettura si basa sulla piattaforma X-Stream II, espressamente pensata per soluzioni con elevata profondità di memoria e ridotti tempi di risposta, e processore Intel Core 2 Quad con sistema operativo Windows 7 a 64 bit e 8 GByte di memoria di sistema. La piattaforma garantisce elevate prestazioni in tempo reale; un diagramma ad occhio di 100 intervalli unitari per secondo può ad esempio essere completato in soli 284 intervalli unitari per secondo, ovvero circa 500 millisecondi.
Tutti i dispositivi della serie WaveMaster 8 Zi-A sono poi dotati d’interfaccia proprietaria Lsib (LeCroy Serial Interface Bus) che consente di trasferire dati a un Pc host (dotato di corrispondente scheda di comunicazione) a una velocità di fino a 350 MByte/s. Oltre alla connessione Lsib, sono presenti, ovviamente, anche porte Ethernet, Gpib ed Usb 2.0. Gli oscilloscopi WaveMaster 8 supportano controllo remoto in accordo allo standard LXI. Dispongono di schermo da 15,3 pollici (in formato 16x9) con risoluzione WXga (1280 x 768 pixel), di una porta WXga per un secondo monitor esterno od, eventualmente, di una connessione Dvi per touch-screen Zi-EXTDISP-15. L’interfaccia Zi-8CH-SYNCH consente la connessione di due oscilloscopi in parallelo, estendendo così il numero di canali campionabili simultaneamente. L’estensione MS-250/MS-500 trasforma, invece, il dispositivo in un oscilloscopio mixed-signal con fino a 36 canali digitali con sample rate di 2 GS/s e profondità di memoria di 50 Mpts. Ampia è anche la gamma di funzionalità software di base e di package opzionali per le più diffuse applicazioni. Di base, ad esempio, sono ovviamente disponibili i principali strumenti di analisi matematica e le funzioni di misura dei parametri del segnale come ampiezza, frequenza, fase e jitter. Tra i package accessori più interessanti possono invece essere citati SDA II e Eye Doctor II. Il primo è utile nell’analisi dei protocolli seriali, supportando, in particolare, sia i metodi spectrum-based che quelli di tipo NQ-scale per l’estrazione delle diverse componenti casuali e deterministiche del jitter del segnale. Il secondo fornisce invece le funzionalità di emulazione del canale e de-embedding di linea necessarie per la risoluzione dei problemi di integrità di segnale frequenti nei protocolli oltre i 5 Gbps. QualiPHY è invece l’estensione per il test di compatibilità rispetto ai più diffusi standard seriali; l’integrazione di tale applicativo sugli oscilloscopi della serie WaveMaster 8 Zi-A, unitamente all’impiego del Bit-Error-Rate Tester PeRT3 (Protocol Enabled Receiver Transmitter Tolerance Tester) e dell’analizzatore di rete SPARQ, rappresenta una delle più complete soluzioni disponibili sul mercato per l’analisi di protocollo.
Agilent - Infinium è la serie di oscilloscopi real-time high-end presentata sul mercato da Agilent nella primavera del 2010. La versione 90000-X, in particolare, dispone di fino a 4 canali con banda passante di 16 GHz e capacità di campionamento di 40 GSamples/s per ognuno in acquisizione simultanea. Con 2 soli canali attivi, la banda disponibile arriva a 32 GHz per canale e la capacità di campionamento a 80 GSamples/s. Elevata è pure la profondità di memoria, di fino 2 Gpts, che permette, ad esempio, di catturare finestre di durata fino a 250 ms alla massima frequenza di acquisizione. Il jitter del clock di campionamento è inferiore a 150 fs. L’accoppiamento dei canali è di tipo DC con impedenza di 50 Ω; la tensione di ingresso massima è di ±5V. L’isolamento tra i canali è di 35 dB a frequenze oltre gli 8 GHz. La sensibilità è di fino a 1 mV/div mentre la risoluzione verticale è di 8 bit (12 bit mediante media). Il piano di rumore è inferiore a 39.92 mVRMS per risoluzioni di 1 V/div. Tali prestazioni sono garantire dall’adozione di circuiti di front-end dedicati realizzati mediante tecnologia proprietaria in fosfuro di indio (InP), sviluppata sulla base della lunga esperienza di Agilent nel settore delle applicazioni a radio-frequenza. Nella stessa tecnologia sono pure realizzate le sonde InfiniiMax III, che dispongono di interfaccia I2C per il trasferimento dei propri parametri S all’oscilloscopio. L’applicativo PrecisionProbe consente così la calibrazione in AC del canale al fine di eliminare gli errori di misura legati al carico introdotto dalla sonda stessa. Gli oscilloscopi della serie 90000-X si basano su processore Intel Core 2 Duo a 3.06 GHz con sistema operativo Windows XP Pro e fino a 4 GB di memoria di sistema. Dispongono di hard-disk di capacità oltre 250 GByte, eventualmente di tipo rimovibile per assicurare riservatezza dei dati acquisiti. Sono dotati di schermo touch-screen da 12,1 pollici con risoluzione Xga (1024x768) e porta per un secondo monitor esterno. Sono supportate fino a 256 diverse gradazioni d’intensità (o 256 diversi livelli di colori) per la visualizzazione delle forme d’onda in modalità persistente, per una rappresentazione tri-dimensionale del segnale. Sono presenti porte Ethernet, RS-232 (seriale), parallela, PS/2 ed Usb 2.0; sono disponibili schede di espansione con connettività PCIe x4 e Gpib. Come per i dispositivi LeCroy, è prevista interfaccia di controllo remoto LXI in classe C; sono disponibili DLL per l’integrazione del controllo in applicativi in C# e LabView sul Pc host. Tutti i modelli sono tra loro compatibili e aggiornabili per quanto concerne incremento di memoria o di banda passante, nell’ottica, al solito, di preservare gli investimenti nel tempo. Lo stesso stadio di amplificazione analogica delle sonde InfiniiMax III è pure aggiornabile ai modelli superiori. Per quanto concerne i package software disponibili, oltre al già citato PrecisionProbe, segnaliamo InfiniiSim, il toolset per l’emulazione di canale e gli applicativi EZJIT per l’analisi del jitter ed InfiniiScan per l’identificazione di eventi di trigger complessi. Sono pure disponibili, come da prassi per tale classe di strumenti, una serie di estensioni per la verifica della compatibilità rispetto agli standard seriali più diffusi e per l’analisi di protocollo; sono distribuiti, ad esempio, in questo secondo ambito, viewer di protocollo per gli standard Pci Express, Sata edUsb 3.0. Procedure di test specifiche e automatiche possono poi essere definite in maniera intuitiva e veloce grazie al framework User Defined Application; sono già disponibili esempi per la caratterizzazione di applicazioni Mipi M-Phy, Mddi, Gddr5 e Sas 6G.
Tektronix - 4 canali analogici con 20 GHz di banda passante e frequenza di acquisizione di 50 GS/s in tempo reale per ognuno, 16 canali digitali con banda di 2.5 GHz e campionamento a 12.5 GS/s, capacità di memoria di fino a 250 MSample, triggering seriale su linee a 6.25 Gbps, sono invece le caratteristiche principali degli oscilloscopi digitali e mixed-signal della serie DPO/DSA/MSO70000 di Tektronix. I canali analogici, compatibili con sonde della serie P7500 TriMode, dispongono di accoppiamento in ingresso di tipo DC o GND, con impedenza di 50 Ω o, mediante adapter TCA-1MEG, di 1 MΩ. L’isolamento tra canali è maggiore di 25:1 a frequenze oltre i 15 GHz. La massima tensione di ingresso è 5.0 VRMS per risoluzioni oltre i 100 mV/div o 1.0 VRMS al di sotto di tale soglia. La risoluzione verticale è di 8 bit (ovvero 11 bit con media). Il piano di rumore nella misura del jitter è tipicamente compreso tra 300 fs e 450 fs a seconda del modello. La frequenza di campionamento dei segnali analogici può essere estesa fino a 100 GS/s con 2 soli canali attivi. La funzionalità iCapture consente di acquisire uno degli ingressi digitali su uno dei canali analogici. Alcuni modelli dispongono poi della possibilità di estrarre il clock di riferimento direttamente dallo stream seriale in ingresso in applicazioni fino a 3.125 GBaud. L’architettura comune di tutti i modelli della serie si basa su processore Intel Pentium 4 a 3.4 GHz o Intel Core 2 Duo a 3 GHz con sistema operativo Windows XP Embedded e fino a 8 GByte di memoria di sistema. Gli oscilloscopi dispongono di hard-disk rimovibile di capacità fino a 160 GByte, schermi Lcd da 12,1 pollici con risoluzione Xga (1024 x 768) e, a seconda del modello, porta di uscita Xga o Dvi-I per la connessione di un secondo monitor esterno. Oltre alla porta di rete Ethernet con supporto per applicazioni 1000Base-T, sono poi presenti porta seriale RS-232 e parallela, PS/2 e Gpib e un’interfaccia eSata per la connessione di dispositivi di memoria esterni. L’interfaccia proprietaria TekLik consente invece la sincronizzazione di più oscilloscopi per l’acquisizione simultanea di più canali. Il controllo remoto è reso possibile mediante la classica applicazione Remote Desktop di Windows. Utile in alcuni casi, soprattutto per la personalizzazione della dislocazione delle diverse funzioni dell’oscilloscopio, è la funzionalità MyScope che consente di creare un toolbox di quelle usate più di frequente.
Tutti gli oscilloscopi della serie DPO/DSA/MSO70000 dispongono della tecnologia proprietaria DPX con supporto per funzionalità FastAcq, consentendo di acquisire fino a 300 mila forme d’onda al secondo su tutti i canali simultaneamente, così da aumentare drasticamente la possibilità di individuare eventi non frequenti. La soluzione Pinpoint triggering, del resto, consente oltre 1400 diverse combinazioni di trigger al massimo delle prestazioni. L’adozione di soluzioni proprietarie in SiGe garantisce basso jitter nel riconoscimento della condizione di trigger (inferiore a 100 fs, così da poter usare l’evento stesso come riferimento temporale) ed elevata capacità di rilevamento di glitch piuttosto stretti. Dal punto di vista degli applicativi software a corredo, come per i modelli presentati in precedenza, sono disponibili package per il testing automatico (TekExpress), la certificazione di protocollo, l’analisi del jitter (DPOJET), l’emulazione di canale (SDLA). TekExpress, ad esempio, è un framework basato su piattaforma TestStand di National Instrument che consente la configurazione e il controllo automatico dell’oscilloscopio da un Pc remoto per il test di protocolli seriali, come Sata Rev. 3.0, Usb 3.0, DisplayPort, 10GbaseE-T Ethernet. Applicazioni specifiche di controllo remoto ed integrazione degli oscilloscopi DPO/DSA/MSO70000 in sistemi di test più estesi possono poi essere create direttamente dall’utente grazie alla piattaforma OpenChoice, sfruttando anche la disponibilità di interfacce dedicate di trasferimento dati veloce. È disponibile ad esempio un ambiente Sdk con Api per lo sviluppo di applicazioni sotto i più diffusi linguaggi come Visual Basic, C/C++, Matlab, LabView o LabWindows/Cvi. Come i dispositivi analoghi descritti in precedenza, le diverse versioni degli oscilloscopi DPO/DSA/MSO70000 sono compatibili e aggiornabili. Molte delle funzionalità hardware/software sono abilitate mediante chiavi di licenza. Oltre alle classiche licenze bloccate sul numero di serie della macchina, sono disponibili pure licenze di tipo floating, accessibili mediante connessione a un server remoto gestito direttamente da Tektronix; in questo modo le funzionalità accessorie possono facilmente essere portare da uno strumento all’altro.
