Oscilloscopi per affrontare nuove sfide
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Oscilloscopi per affrontare nuove sfide
Oscilloscopi per affrontare nuove sfide Nell’interminabile cammino evolutivo delle tecnologie digitali ad alta velocità usate nel campo dell’informatica, delle telecomunicazioni e dei sistemi embedded, l’oscilloscopio mantiene il suo ruolo di strumento principe per la maggior parte delle applicazioni durante le fasi di progetto e debug. Poiché l’industria elettronica abbraccia continuamente tecnologie nuove, anche gli oscilloscopi devono evolvere per poter di affrontare nuove sfide. In particolare, gli oscilloscopi devono continuamente migliorare in tre aree chiave: 1. Prestazioni: Per soddisfare le esigenze dell’utente, gli strumenti di misura devono essere sempre un passo avanti rispetto alle tendenze più attuali; per quanto riguarda gli oscilloscopi, ciò normalmente significa offrire una maggiore larghezza di banda passante per riuscire a misurare segnali con fronti di salita sempre più rapidi e riuscire a catturare e memorizzare un’enorme quantità di dati. 2. Usabilità: La crescita nel numero di funzionalità richieste e la complessità delle misure vanno di pari passo, e ciò si traduce per oscilloscopi nella necessità di essere sempre più semplici da utilizzare aumentando l’”intelligenza dello strumento”. 3. Nuove applicazioni: gli oscilloscopi sono sempre più frequentemente utilizzati per misurare segnali complessi in settori alquanto diversi, come la ricerca e sviluppo, la progettazione analogica e digitale, le telecomunicazioni, l’industria dell’automobile e dell’energia. Miglioramento delle prestazioni Per soddisfare le esigenze richieste nel collaudo di sistemi con bus seriali ad alta velocità con frequenze di cifra fino a 6,25 Gb/s, come Serial ATA III, Double XAUI, PCI Express Gen 2, FB-DIMM e dalle tecnologie wireless di nuova generazione, come UWB (Ultra Wide Band), la larghezza di banda degli oscilloscopi moderni ha già raggiunto il traguardo dei 15 GHz, e i produttori di strumenti stanno già lavorando alacremente per alzare ancora questo limite. Alcuni elementi chiave hanno consentito in questi ultimi anni di far crescere decisamente le prestazioni degli strumenti: i nuovi semiconduttori progettati con le più recenti tecnologie SiGe, l’utilizzo dell’elaborazione numerica del segnale (DSP), l’estensione delle funzionalità di trigger completa del canale A anche al canale di trigger B e l’integrazione di una grande quantità di memoria. Elaborazione numerica del segnale: le tecnologie DSP offrono grandi vantaggi per la realizzazione di oscilloscopi ad alte prestazioni. In particolare, una volta anche il segnale è stato acquisito, la sua elaborazione numerica non è più influenzata dalle tolleranze e dagli effetti di variazione dei componenti hardware, come la deriva in temperatura e l’invecchiamento che, invece, affliggono i circuiti analogici. Inoltre, è più semplice realizzare algoritmi di trattamento del segnale più complessi nel dominio digitale che in quello analogico. Gli oscilloscopi digitali moderni utilizzano i DSP durante l’acquisizione per bilanciare le risposte tra i vari canali o per aumentare artificialmente la larghezza di banda utilizzabile mediante dei filtri di miglioramento della banda. Gli algoritmi di miglioramento della banda passante ben progettati possono garantire notevoli vantaggi nelle misure su segnali veloci quando la banda analogica intrinseca dello strumento costituisce un solido fondamento per far lavorare al meglio il sistema di elaborazione DSP. E, aspetto molto importante in parecchie applicazioni, quando l’utente ha la possibilità di disattivare ogni tipo di elaborazione DSP. Memoria estesa: Il lavoro di validazione e verifica della conformità agli standard per i bus seriali oggi più comuni richiede di eseguire misure molto più complesse sui segnali acquisiti. Diagrammi ad occhio, analisi del jitter, controllo della modulazione, estrazione del clock e molte altre misure sulla qualità dei segnali generano nuove richieste di funzionalità tecniche per gli oscilloscopi. Un oscilloscopio di elevate prestazioni non deve solo acquisire il segnale, ma altresì memorizzarlo per poterlo analizzare osservandone ogni dettaglio catturato con velocità di campionamento molto alte – fino a 40 GS/s nei modelli più recenti. Di pari importanza è l’intervallo di tempo che può essere memorizzato, sia che venga espresso in cicli di clock, numero di bit o unità di tempo, la richiesta è che l’acquisizione sia la più ampia possibile. Negli oscilloscopi più recenti la maggior domanda di memoria viene soddisfatta integrando il ‘front end’ dell’oscilloscopio realizzato tramite le più veloci tecnologie dei semiconduttori, in particolare quella basata sul processo silicio-germanio (SiGe), con una memoria ad alta velocità dedicata ai campioni di capacità sino a 64 Mword. Usabilità e produttività L’oscilloscopio rappresenta uno strumento chiave durante le attività di progettazione e di sviluppo di molti nuovi prodotti, e le pressioni per velocizzarne l’immissione sul mercato obbligano i progettisti a rimanere estremamente focalizzati su tutti gli aspetti che riguardano il progetto stesso, senza essere ostacolati o distolti dal dover imparare, o reimparare, come si debba usare l’oscilloscopio. I miglioramenti nella facilità d’uso – e quindi della produttività – vengono ora ottenuti grazie a funzionalità innovative come le finestre di controllo personalizzate e i menu sensibili al contesto attivabili con un click del mouse, che aiutano l’utente e far funzionare l’oscilloscopio in maniera più efficiente e, quindi, a portare a termine i propri compiti in modo più efficace. Gli utenti possono rapidamente e facilmente creare le proprie finestre di controllo personalizzabili, che contengono solamente le funzionalità che sono utili e importanti per il loro lavoro. Una volta che le finestre di controllo personalizzate sono state create, l’utente può semplicemente salvarle e chiudere la schermata di impostazione. La nuova finestra di controllo si attiva automaticamente ed è pronta all’uso. In modo simile, gli utenti di un oscilloscopio in un ambiente condiviso possono modificare le impostazioni ogni volta utilizzando quelle che preferiscono singolarmente. Un gruppo di colleghi può, per esempio, create tutte le finestre di controllo personalizzate che vuole. Le singole finestre vengono memorizzate sotto forma di file sul disco fisso dell’oscilloscopio o su di un dispositivo USB dell’utente, rendendo molto semplice lo scambio tra colleghi o con altri utilizzatore semplicemente allegando a un e-mail il file che contiene la definizione della finestra di controllo. Applicazioni dedicate Con molti oscilloscopi che includono le funzionalità di un PC e che adottano un approccio aperto basato su Windows, diventa possibile aggiungere software specifico per soddisfare le esigenze particolari di ogni applicazione dell’utente. L’oscilloscopio viene quindi convertito in uno strumento dedicato ad una particolare applicazione, pur mantenendo la sua caratteristica fondamentale di poter essere utilizzato come strumento di misura e collaudo di tipo generale. I settori applicativi tipici che traggono grandi benefici da tale approccio comprendono: • i bus seriali veloci, e in particolare quelli che richiedono il controllo spinto dell’integrità del segnale verificandone la conformità agli standard mediante maschere e diagrammi a occhio. • i bus seriali lenti, come le interfacce CAN e LIN molto diffuse nelle applicazioni automobilistiche. • analisi di potenza – dove l’attenzione all’efficienza energetica e l’entrata in vigore di leggi che regolamentano il contenuto armonico delle linee elettriche obbligano i tecnici che si occupano di elettronica di potenza ad eseguire analisi dettagliate sulle forme d’onda, per poter correggere il fattore di potenza e per riuscire a definire la migliore disposizione dei componenti elettronici e magnetici e delle loro interconnessioni. Inoltre, alcune misure richiedono la presenza di canali di ingresso completamente isolati per poter misurare tensioni flottanti in piena sicurezza. Conclusioni L’oscilloscopio rimarrà lo strumento di prima scelta per la maggior parte delle misure di tipo generale nel campo dell’elettronica, ma sta evolvendo in vari modi per soddisfare le esigenze dei mercati emergenti e per stare al passo con le tecnologie più nuove. Prestazioni, usabilità e disponibilità di applicazioni dedicate a nuovi settori sono le tre aree nelle quali i produttori di oscilloscopi continueranno o focalizzare le loro risorse per migliorare i loro prodotti e vincere le sfide imposte dal mercato. Fig.1. L’oscilloscopio da 15 GHz TDS6154C dotato di 64 MB di memoria, trigger Pinpoint-A/B e vari pacchetti applicativi software.