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.