Un altro vantaggio è la variabilità. È possibile utilizzare una memoria di grandi dimensioni, ma questa può anche essere regolata e ridotta a seconda delle necessità, offrendo ulteriori benefici. Ad esempio, con una memoria più piccola, le misurazioni possono essere effettuate molto più velocemente per catturare variazioni rapide (glitch) o forme d'onda indesiderate che cambiano rapidamente. La velocità di acquisizione delle forme d'onda e la minimizzazione dei tempi ciechi giocano un ruolo significativo in questo senso.
RIGOL ha annunciato, con la nuova serie DS70000, un nuovo oscilloscopio da 3 GHz o 5 GHz basato sulla piattaforma UltraVision III di recente sviluppo. Questo oscilloscopio, che contiene chip ASIC proprietari, viene descritto in dettaglio di seguito in relazione agli aspetti sopra menzionati e ai vantaggi di questi parametri.
Profondità della memoria di acquisizione
Per studiare la memoria di acquisizione in modo più dettagliato, esaminiamo il sistema verticale dell'oscilloscopio. Per fornire un'ampiezza controllata al convertitore analogico-digitale (ADC), il segnale di ingresso analogico viene attenuato o amplificato. Successivamente, è necessario un filtraggio in base alla rispettiva larghezza di banda massima per evitare effetti di aliasing che distorcerebbero il segnale a causa di un campionamento insufficiente delle componenti ad alta frequenza al di sopra della larghezza di banda massima. Dopo il filtraggio, l'ADC digitalizza i dati alla frequenza di campionamento definita. Il DS70000 utilizza il campionamento in tempo reale, il che significa che tutti i punti di campionamento vengono acquisiti in sequenza dopo un trigger. I campioni discreti (ora binari) vengono memorizzati in una memoria di acquisizione e i dati vengono quindi inviati al sistema orizzontale dell'oscilloscopio. Il sistema orizzontale garantisce l'acquisizione di un numero sufficiente di punti di campionamento al momento opportuno. I campioni sono descritti come punti; ad esempio, un milione di campioni sono descritti come 1 Mpts (megapunti). Con un oscilloscopio, il tempo per divisione, il numero di divisioni (DIV), la profondità di memoria e la frequenza di campionamento sono correlati da una formula (vedi formula 1):
Formula 1: Correlazione orizzontale di un oscilloscopio digitale.
Sull'oscilloscopio RIGOL DS70504, il display è diviso in 10 divisioni e la frequenza di campionamento massima in tempo reale è di 20 GS/s. Utilizzando un singolo canale, la profondità di memoria massima è di 2 Gpts, con un tempo di campionamento massimo di 10 ms, che corrisponde a un tempo visualizzato di 100 ms. Come si può osservare nella Formula 1, altri parametri cambiano inevitabilmente non appena una delle variabili viene modificata. Ad esempio, è possibile aumentare l'unità di tempo. Se la memoria massima è già in uso, è necessario ridurre la frequenza di campionamento. Sugli oscilloscopi RIGOL, è possibile modificare le variabili "unità di tempo" e "profondità di memoria"; la frequenza di campionamento automatica è determinata da questi parametri. Se si misura un segnale a 5 GHz (periodo = 200 ps) con un'unità di tempo di 10 ms/DIV, è possibile registrare 500 milioni di periodi con una singola misurazione e visualizzarli sullo schermo. La funzione zoom consente un'analisi più precisa delle aree di interesse. Grazie all'elevata frequenza di campionamento, anche le più piccole deviazioni in un segnale a 5 GHz possono essere facilmente rilevate. La Figura 1 mostra la registrazione di un segnale a 5 GHz con un'ampiezza di -10 dBm (100 µW o 200 mVpp). 5 GHz rappresenta la larghezza di banda a 3 dB del DS70504. Viene mostrato il valore di ampiezza di 200 mVpp, che è quasi l'ampiezza effettiva a 5 GHz.
Figura 1: Misurazione di un segnale a 5 GHz (-10 dBm) con il DS70504.
È inoltre necessaria un'elevata frequenza di campionamento se, ad esempio, è richiesta una misurazione sul fronte di salita di un segnale dati ad alta frequenza, poiché questo dipende dalla larghezza di banda. Il tempo di salita misurato (AZ) dipende dall'AZ dell'oscilloscopio, dalla sonda utilizzata e dal segnale misurato (vedere
Formula 2).
Formula 2: Calcolo del tempo di salita misurato del segnale dati.
La Figura 2 mostra un segnale dati misurato con un cavo RF non ottimale sul canale 1 (giallo) e confrontato con una misurazione effettuata con la sonda differenziale RF RIGOL PVA8700 (canale 3, rosa). Il tempo di salita è stato misurato con molta più precisione con la sonda HF.
Figura 2: Misurazione del tempo di salita. Rosa: utilizzando la sonda RF RIGOL PVA8700. Giallo: utilizzando un cavo coassiale (connettore BNC).
Il tempo di visualizzazione può essere aumentato anche con la memoria massima, ma in tal caso la frequenza di campionamento diminuisce e i segnali non possono più essere distinti utilizzando l'intera larghezza di banda. Un modo per ovviare a questo problema è utilizzare la funzione di registrazione per scaricare la memoria in frame diversi e quindi riassemblare tali segmenti. Tuttavia, l'utilizzo di una memoria profonda e l'allungamento dei tempi di visualizzazione riducono la velocità di acquisizione della forma d'onda, il che significa che i tempi ciechi tra le acquisizioni aumentano.
Velocità di acquisizione della forma d'onda dell'oscilloscopio:
gli oscilloscopi digitali richiedono tempo di elaborazione per l'elaborazione e la visualizzazione del segnale digitale. L'oscilloscopio non effettua misurazioni durante questo tempo di elaborazione, il che significa che con un oscilloscopio digitale sono sempre presenti dei tempi ciechi. Maggiore è il numero di funzioni utilizzate (ad esempio, funzioni matematiche, FFT, ecc.), maggiore sarà il tempo cieco. Anche la profondità di memoria e le impostazioni di temporizzazione del monitor hanno un impatto. Maggiore è il valore di entrambi, maggiore sarà il tempo cieco. Un tempo cieco ha un effetto molto negativo sulla misurazione, soprattutto quando si misurano eventi poco frequenti, poiché la misurazione deve essere significativamente più lunga per poter visualizzare il glitch con una probabilità P = 99%. Il tempo di misurazione è riportato nella Formula 3.
Formula 3: Tempo necessario per rilevare il problema con una probabilità del 99%.
Ciò significa che, con la velocità di acquisizione del DS70504 di >1 milione di forme d'onda/s (valore misurato: 1,012 milioni di forme d'onda/s), un glitch con una frequenza di 10 glitch/s e una probabilità di rilevamento di P = 99% può essere visualizzato in 4,6 secondi. Pertanto, è necessario misurare 46 eventi per rappresentare un glitch (P = 99%). Per un oscilloscopio con una velocità di acquisizione inferiore, ad esempio 100.000 forme d'onda/s, sarebbero necessari 46 secondi o 460 eventi misurati per visualizzare il glitch.
Pertanto, si può affermare che una memoria profonda può essere utilizzata per effettuare misurazioni ad alta precisione per periodi più lunghi o per misurazioni molto rapide con una memoria più piccola e tempi di scansione più brevi. Entrambe le soluzioni possono essere implementate in modo ottimale con l'oscilloscopio DS70504. Gli oscilloscopi della serie DS70000 sono in grado di catturare anche i più piccoli disturbi e rilevare picchi fino a 200 ps. In questo caso, l'ampiezza viene monitorata continuamente e, all'interno dell'intervallo di campionamento, i valori estremi positivi e negativi vengono registrati e utilizzati per la visualizzazione. L'inviluppo risultante può aiutare a mostrare anche le più piccole deviazioni. Visualizzando i valori massimi e minimi, la configurazione migliora in qualche modo la risposta al rumore.
La variazione della memoria di acquisizione può essere sfruttata anche nella funzione di registrazione per memorizzare più acquisizioni di segnale sul dispositivo per successive analisi.
Funzione di registrazione:
la serie DS70000 consente di memorizzare le acquisizioni di forme d'onda in singoli frame nella RAM. Questi frame possono essere recuperati tutte le volte necessarie per successive analisi ed eseguire misurazioni come l'analisi di frequenza o la decodifica di un segnale bus (ad esempio, CAN-FD). La dimensione della memoria di acquisizione definisce il numero massimo di frame che possono essere acquisiti. Ad esempio, con 1 kpts di memoria, è possibile registrare fino a 2 milioni di frame. Se è necessaria una memoria ancora più piccola, ad esempio per registrare periodi molto brevi, è possibile registrare 2,4 milioni di frame con una profondità di memoria di 400 pts. L'intervallo minimo tra ciascun frame è di 10 ns e l'intervallo di tempo tra questi frame è molto piccolo. Grazie alla funzione di registrazione e configurando opportunamente il trigger (normale), è possibile regolare l'attivazione e la registrazione in modo che la registrazione avvenga solo in presenza di un trigger. Ciò consente di registrare e salvare eventi sporadici durante test di lunga durata e di analizzarli successivamente tutte le volte necessarie al termine del test. La memoria totale può essere espansa anche tramite segmentazione utilizzando la funzione di registrazione. Ad esempio, con 1 Gpts di memoria, è possibile acquisire fino a 5 frame, corrispondenti a una memoria massima di 5 Gpts. Questo dimostra come si possa accumulare una quantità significativa di dati, pari a diversi gigabyte. In molte applicazioni, è necessario salvare i dati nella memoria non volatile interna e, infine, su un PC. La velocità del processo di memorizzazione e trasferimento dei dati al PC rappresenta una sfida significativa per molti oscilloscopi, in quanto può risultare dispendiosa in termini di tempo. RIGOL ha ottimizzato la serie DS70000 proprio per questo scopo, rendendo il processo il più semplice e veloce possibile.
Disponibilità dei dati:
la serie DS70000 integra interfacce come USB 3.0 (Host e Device) e Gigabit Ethernet per una disponibilità dei dati rapida e affidabile. I dati possono essere trasferiti direttamente a un PC o tramite un'unità USB 3.0. Una volta collegato il dispositivo di misura al PC tramite Ethernet, è possibile controllarlo via web tramite un browser, senza la necessità di installare software aggiuntivo. La frequenza di aggiornamento dell'immagine è di 9 fotogrammi al secondo, garantendo una visualizzazione molto rapida sul PC. Questo controllo via web consente il funzionamento completo del dispositivo (vedere Figura 3).
Figura 3: Schermata e funzionamento tramite l'interfaccia di controllo web.
D'altra parte, le registrazioni possono essere salvate come file MP4 e memorizzate direttamente sul PC. Questa interfaccia offre anche la possibilità di inviare comandi SCPI al dispositivo. Per l'archiviazione di grandi quantità di dati, il dispositivo può essere utilizzato anche come server FTP tramite il suo indirizzo IP e accessibile tramite un file manager. Ciò consente un facile trasferimento di tutti i file salvati localmente, come immagini, file CSV, video, ecc., dal dispositivo al PC.
Nella serie DS70000, anche la velocità di memorizzazione interna del dispositivo è stata ottimizzata.
Ad esempio, è possibile memorizzare 10 Mpt di dati nell'oscilloscopio in meno di 10 secondi. Il trasferimento di questi dati a un PC tramite FTP richiede meno di un minuto. 2 Gpt di dati (circa 29,8 GB) possono essere memorizzati sul dispositivo in 5 minuti e 26 secondi. Il trasferimento FTP al PC richiede poi altri 6 minuti e 50 secondi. I dati binari delle forme d'onda possono essere salvati sul dispositivo a una velocità ancora maggiore. Ad esempio, 2 Gpt possono essere copiati nella memoria interna del dispositivo in 46 secondi e copiati su un PC tramite FTP in 63 secondi. RIGOL offre uno dei migliori rapporti qualità-prezzo, unitamente all'eccellente qualità che la contraddistingue, frutto di oltre 20 anni di esperienza nel settore dei test e delle misurazioni.
La serie DS70000 è il primo dispositivo di misura StationMAX e offre funzionalità aggiuntive come l'analisi dello spettro in tempo reale, diverse modalità di trigger/decodifica del sistema bus e test di conformità per USB 2.0 ed Ethernet 100-Base-T, ad esempio. Consente inoltre funzioni analitiche come la visualizzazione in tempo reale del diagramma a occhio e l'analisi del jitter. L'hardware è progettato per consentire future espansioni senza aggiornamenti hardware, garantendo un funzionamento affidabile per molti anni. RIGOL offre anche un'ampia gamma di sonde, tra cui la serie PVA8000 di sonde HF attive, che garantiscono una larghezza di banda lineare fino a 7 GHz e incorporano un chip ASIC proprietario.
Boris Adlung, RIGOL Technologies Europe
