Oscilloscopi a fosfori digitali di terza generazion - mks@
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Oscilloscopi a fosfori digitali di terza generazion - mks@
Nota tecnica Gli oscilloscopi ai fosfori digitali di terza generazione offrono caratteristiche senza precedenti di visualizzazione delle forme d’onda Un nuovo livello di confidenza Il DPO è un oscilloscopio digitale che consente di acquisire con maggiore confidenza tutte le informazioni necessarie sull’andamento delle forme d’onda. Dal momento della loro invenzione, gli oscilloscopi sono stati gli occhi che hanno permesso ai tecnici di osservare i fenomeni elettrici. Per rappresentare La tecnologia dei fosfori digitali risolve problemi fondamentali con precisione i segnali dei sofisticati dispositivi digitali e dei complessi sche- Quando Tektronix ha introdotto l’oscilloscopio ai fosfori digitali (DPO), nel mi di modulazione odierni, si richiedono agli oscilloscopi prestazioni avanzate, giugno 1998, l’ambiente dei progettisti ha conosciuto un nuovo approccio in molti casi superiori ai limiti dei tradizionali oscilloscopi a memoria digitale all’acquisizione dei segnali. Fondamentalmente diversa, l’architettura del DPO (DSO). dedica speciali circuiti ASIC esclusivamente alle operazioni di acquisizione Rispetto ai loro predecessori analogici, gli oscilloscopi digitali hanno portato i delle forme d’onda. vantaggi della memorizzazione permanente dei segnali e delle possibilità di Nella Serie TDS7000 questo porta a un livello ineguagliato le caratteristiche elaborazione delle forme d’onda, rimanendo però notevolmente carenti nelle di visualizzazione dei segnali. Grazie a frequenze di acquisizione che possono due aree essenziali della velocità di acquisizione (in tempo reale) delle forme raggiungere 400.000 forme d’onda al secondo, i tecnici possono essere d’onda e dell’efficace rappresentazione di segnali dinamici complessi. La sicuri di avere la massima visibilità dell’andamento dei segnali. Tali capacità di un oscilloscopio di fornire risultati in tempo reale è un elemento prestazioni comportano la probabilità più elevata di osservare i problemi tran- essenziale sia per la rilevazione di eventi saltuari, come le perdite di sincro- sitori che si verificano nei sistemi digitali, compresi gli impulsi runt, i glitch e nismo nei sistemi digitali, sia per l’acquisizione di segnali dinamici ricchi di gli errori di transizione. dettagli. A differenza dei DPO, la maggior parte dei DSO funziona con cicli di acquisizione molto più bassi, compresi tra 100 e 5.000 forme d’onda al secondo. Alcuni DSO offrono una modalità speciale che alterna acquisizioni multiple a burst in una memoria estesa con un ciclo di visualizzazione. Questa soluzione permette di ottenere temporaneamente frequenze di circa 40.000 forme 1 http://dpo.tektronix.com Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica d’onda al secondo, ma con notevoli tempi morti durante l’elaborazione e la Si noti che è impossibile determinare la probabilità di acquisizione semplice- visualizzazione dei dati delle forme d’onda. Questi livelli di prestazione non reg- mente in base alla frequenza di aggiornamento del display, in quanto è facile gono il confronto con quelli in tempo reale senza precedenti offerti dall’imple- commettere l’errore di credere che l’oscilloscopio stia acquisendo tutte le mentazione della tecnologia brevettata DPX™ nella Serie TDS7000. informazioni relative alla forma d’onda mentre in effetti non è così. Un nuovo livello di confidenza Gli oscilloscopi a memoria digitale elaborano le forme d’onda acquisite in modalità seriale. La velocità del microprocessore del DSO è il collo di bottiglia Il DPO è un oscilloscopio digitale che grazie all’aumento delle frequenze di acquisizione delle forme d’onda, di gran lunga superiori anche a quelle dei DSO più evoluti, offre maggiore confidenza nell’acquisizione di tutte le infor- durante queste operazioni, in quanto limita la frequenza di acquisizione delle forme d’onda. Ne consegue che i DSO possono non rilevare eventi saltuari e non rispondere in tempo reale alle variazioni del segnale. mazioni necessarie sulle forme d’onda, aumentando così la probabilità di acquisire eventi saltuari. È ugualmente adatto per la visualizzazione di alte fre- Il DPO rasterizza i dati digitalizzati della forma d’onda in un database chiamato quenze, forme d’onda a bassa frequenza di ripetizione, transitori e variazioni “fosfori digitali”. Ogni trentesimo di secondo circa la velocità di variazione delle del segnale in tempo reale. immagini percepibile dall’occhio, un’istantanea dell’immagine del segnale memorizzata nel database ai fosfori digitali viene trasferita direttamente al sis- Per qualunque tipo di oscilloscopio - analogico, DSO o DPO - esiste sempre un tempo di holdoff durante il quale lo strumento elabora i dati acquisiti per ultimi, reimposta il sistema e attende il successivo evento di trigger. Durante questo tempo l’oscilloscopio non può rilevare alcuna variazione del segnale. La probabilità di osservare un evento raro o a bassa frequenza di ripetizione è tanto più bassa quanto più lungo è il tempo di holdoff. La probabilità di acquisizione si può calcolare come segue: tema di visualizzazione. Questa rasterizzazione diretta dei dati della forma d’onda e la copia diretta nella memoria di visualizzazione dal database ai fosfori digitali elimina il collo di bottiglia nell’elaborazione dei dati, intrinseco all’architettura del DSO. Ne risulta un aggiornamento del display “dinamico“ e “in contemporanea assoluta“. I dettagli del segnale, gli eventi intermittenti e le caratteristiche dinamiche del segnale vengono acquisite in tempo reale, con una verosimiglianza che è impossibile ottenere con un DSO. Il microprocessore del DPO funziona in parallelo con questo sistema integrato di acquisizione e visualizzazione per l’esecuzione di misure automatiche, della matematica delle Probabilità di acquisizione = Tempo di acquisizione Tempo di acquisizione + Tempo di holdoff del sistema Figura 1. Figura 2. Oscilloscopio a memoria digitale Tecnologia di elaborazione seriale: 1982. 2 http://dpo.tektronix.com forme d’onda e delle funzioni di comando dello strumento. Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica Figura 3. Elaborazione parallela. Rappresentazione dei segnali accurata – I DSO rispetto ai DPO elevate, le fanno sempre seguire da lunghi tempi morti di elaborazione, fornen- Prima dell’avvento dell’oscilloscopio ai fosfori digitali, molti progettisti tenevano a do così solo una quantità limitata di informazioni in tempo reale. Chi usa il DSO portata di mano un oscilloscopio analogico per verificare le acquisizioni del se- deve regolare attentamente le impostazioni per questa modalità di raggruppa- gnale eseguite dai DSO. Questo bisogno di una verifica analogica definibile anche mento “a burst” per far sì che lo strumento visualizzi una parte adeguata di come una mancanza di confidenza nei DSO - nacque dalla tendenza dei DSO a informazioni sul segnale. Queste modalità vengono utilizzate in alcune situa- rappresentare erroneamente (errori di aliasing) i segnali ad alta velocità a causa zioni di singole acquisizioni ripetitive, ma generano facilmente errori durante il dell’insufficienza di dati campionati. setup iniziale e inoltre forniscono schermate povere di informazioni. I DSO in grado di raggruppare temporaneamente più acquisizioni a frequenze Inoltre, i progettisti usano volentieri gli oscilloscopi analogici perché generano schermate molto esaurienti, che uniscono informazioni sull’intensità e funzioni di acquisizione della forma d’onda in tempo reale. Con le loro modalità di persistenza realizzate tramite software e le frequenze di acquisizione inferiori, i DSO semplicemente non sono capaci di generare la quantità di informazioni fornita da un display analogico in tempo reale. http://dpo.tektronix.com 3 Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica I vantaggi che vi offre il DPO Indubbiamente, se ci si aspetta di trovare un problema in uno specifico nodo Per apprezzare appieno l’importanza della frequenza di acquisizione delle del circuito, si possono impiegare complesse tecniche di trigger per aspettarlo forme d’onda e delle funzioni di elaborazione del segnale offerte dal DPO, si al varco. Ma realisticamente, queste funzioni vengono utilizzate solo durante lo consideri per un momento il modo in cui i progettisti adoperano un oscillosco- stadio di verifica finale, una volta identificato visivamente il problema. Senza pio quando cercano di acquisire eventi saltuari. In genere si sposta la sonda da informazioni visive, è difficile stabilire se impostare il sistema di trigger per dis- un punto all’altro del circuito nell’area in cui si sospetta sia presente il proble- criminare sulla durata dell’impulso (glitch), sulle soglie di ampiezza (runt), sui ma, mentre si osserva l’andamento della forma d’onda sul display dell’oscillo- tempi di transizione (fronti metastabili) o su altre condizioni. Sebbene i sistemi scopio. Il periodo durante il quale la sonda rimane in ciascun punto non è sem- di trigger possano rilevare tali anomalie, è essenziale determinare rapidamente pre uguale, ma raramente supera pochi secondi. dove andare a guardare e classificare il tipo di errore presente. I DPO sveltiscono questo procedimento visualizzando facilmente milioni di forme d’onda in pochi secondi. Nell’esempio sotto riportato sono messe a confronto le probabilità di acquisizione di un’anomalia presente in un segnale a onda quadra a 1 MHz impiegando un DSO e un DPO. Esempio Segnale a onda quadra a 1 MHz Base dei tempi dell’oscilloscopio impostata su 1 µs/divisione L’anomalia si presenta circa una volta al secondo ovvero una volta ogni milione di cicli Figura 4. 4 http://dpo.tektronix.com Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica Figura 5. La straordinaria funzionalità in tempo reale ottenuta con la tecnologia DPX permette un’analisi accurata dei segnali dinamici. Figura 6. La tecnologia DPX, unita all’analisi a istogrammi, consente di analizzare rapidamente le distribuzioni di ampiezza e temporizzazione. Acquisizione di segnali complessi dinamici – Acquisizione di segnali com- Valutazione del jitter – I DPO permettono ai progettisti di effettuare analisi plessi dinamici - Molti dei problemi di misura che oggi i tecnici devono risolvere visive e statistiche, in tempo reale, della distribuzione del jitter dei fronti. In sono incentrati sulla necessità di caratterizzare segnali complessi dinamici, come i applicazioni di segnali per comunicazioni è possibile “vedere” jitter dell’ordine segnali a modulazione di ampiezza in quadratura (QAM), i dati asincroni a pac- di picosecondi e quindi osservarne gli aggiornamenti in tempo reale mentre si chetto e i segnali video analogici, per citarne alcuni. Questi segnali presentano i regola il circuito. problemi più difficili per i DSO tradizionali. Gli oscilloscopi ai fosfori digitali sono stati concepiti per rispondere all’esigenza di acquisire e analizzare tali segnali. Poiché i DPO acquisiscono centinaia di migliaia di forme d’onda al secondo, possono sviluppare in 1/30 di secondo informazioni dettagliate su segnali complessi dinamici, mentre con un DSO tradizionale sarebbero necessari minuti o persino ore per acquisire una tale quantità di informazioni. Ne risulta una schermata in tempo reale che riproduce tutti i dettagli del segnale. Questa funzionalità permette inoltre ai progettisti di rilevare le impercettibili caratteristiche dinamiche e di modulazione del segnale con diagrammi a occhio, sequenze I-Q e sui segnali video. http://dpo.tektronix.com 5 Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica Acquisizione su intervalli lunghi – La grande quantità dei dati fornita dal DPO permette di rilevare impercettibili schemi di comportamento del segnale nel corso di lunghi intervalli. Lavorando su unità a disco è possibile osservare variazioni del segnale della durata di 1 nanosecondo in un intervallo di 1 millesimo di secondo, ottenendo così una “finestra” di dettagli del segnale, sino al livello di bit, per interi settori di una pista del disco. Analisi della distribuzione del rumore – Il DPO aiuta a risolvere i problemi di rumore fornendo informazioni qualitative e quantitative sulla distribuzione del rumore sovrapposto al segnale. Si possono adoperare istogrammi in tempo reale per analizzare le caratteristiche del rumore del segnale video. Diagrammi a costellazione – I DPO facilitano l’allineamento dell’intensità (I) e della quadratura (Q), permettendo un rapido rilevamento della fase e dell’offset dei segnali I e Q. Il DPO consente inoltre l’acquisizione di informazioni qualitaFigura 7. Nelle applicazioni di ricerca guasti, i DPO danno la sicurezza di rilevare eventi essenziali. tive e quantitative sulla distribuzione del segnale nella modalità XY. Oltre a ciò, la nuova modalità XYZ permette di focalizzare l’osservazione sui simboli essenziali per l’allineamento in quadratura dei segnali di comunicazione wireless. Acquisizione di glitch saltuari – L’elevata frequenza di acquisizione delle forme d’onda ottenibile con un DPO consente di individuare anche i glitch più rari e quindi di rilevare e analizzare eventi anomali nei circuiti logici. Le informazioni sulla frequenza con cui si verificano i glitch si traducono in informazioni relative sulla frequenza con cui si verificano gli eventi anomali. 6 http://dpo.tektronix.com Modulazione di ampiezza – Il DPO visualizza con precisione i segnali modulati in ampiezza secondo uno schema familiare, simile a quello dell’oscilloscopio analogico. La graduazione dell’intensità e una grande quantità di dati sulla forma d’onda mostrano i dettagli dell’inviluppo del segnale. Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica Conclusione I vantaggi derivanti dall’uso dei DPO Serie TDS7000 nella progettazione, ricerca Per oltre cinquant’anni Tektronix ha sviluppato importanti innovazioni tecno- guasti e prova dei dispositivi elettronici sono sensazionali. Dotati del processore logiche negli oscilloscopi. Oggi siamo lieti di inaugurare una nuova era per le di acquisizione di immagini delle forme d’onda DPX brevettato, questi oscilloscopi prove e le misure elettroniche con la nuova generazione degli oscilloscopi ai fos- forniscono frequenze di acquisizione delle forme d’onda, che permettono ai pro- fori digitali - la Serie TDS7000. gettisti di interpretare con precisione la dinamica del segnale. Adesso bastano secondi, anziché minuti o ore, per determinare la vera natura delle variazioni del segnale e la frequenza con cui si verificano i fenomeni anomali del segnale stesso. Inoltre, questa tecnologia DPX all’avanguardia è completamente integrata negli oscilloscopi ai fosfori digitali Serie TDS7000, che possono così raggiungere le migliori capacità di analisi. I DPO permettono ai progettisti di scoprire un nuovo mondo ad altri sconosciuto. http://dpo.tektronix.com 7 Oscilloscopi ai fosfori digitali Nota tecnica Per contattare Tektronix: Australia & Nuova Zelanda 61 (2) 9888-0100 Paesi ASEAN (65) 356-3900 Austria, Europa centro-orientale, Grecia, Turchia, Malta e Cipro +43 2236 8092 0 Belgio +32 (2) 715 89 70 Brasile e America del Sud 55 (11) 3741-8360 TDS7054 Canada 1 (800) 661-5625 Cina 86 (10) 6235 1230 Corea 82 (2) 528-5299 Danimarca +45 (44) 850 700 Finlandia +358 (9) 4783 400 Francia e Africa del Nord +33 1 69 86 81 81 Germania + 49 (221) 94 77 400 Giappone (Sony/Tektronix Corporation) 81 (3) 3448-3111 Hong Kong (852) 2585-6688 TDS7104 India (91) 80-2275577 Italia +39 (2) 25086 501 Messico, America Centrale e Caraibi 52 (5) 666-6333 Norvegia +47 22 07 07 00 Paesi Bassi +31 23 56 95555 Polonia (48) 22 521 5340 Regno Unito e Irlanda +44 (0) 1344 392000 Spagna e Portogallo +34 91 372 6000 TDS7404 Stati Uniti 1 (800) 426-2200 Sudafrica (27 11) 651-5222 Svezia +46 8 477 65 00 Svizzera +41 (41) 729 36 40 Taiwan 886 (2) 2722-9622 Per le nazioni non menzionate il riferimento è: Tektronix, Inc. Export Sales, P.O. Box 500, M/S 50-255, Beaverton, Oregon 97077-0001, USA 1 (503) 627-1916 Per ulteriori informazioni Tektronix offre una raccolta completa e in continua espansione di note applicative, relazioni tecniche e altre risorse per aiutare i tecnici a operare alle frontiere della tecnologia. Visitate la sezione “Resources For You” del nostro sito web www.tektronix.com 8 http://dpo.tektronix.com Copyright © 2000, Tektronix, Inc. Tutti i diritti sono riservate. I prodotti Tektronix sono protetti da brevetti statunitensi e internazionali, emessi e in corso di registrazione. Le informazioni qui contenute sostituiscono quelle precedentemente pubblicate. I dati tecnici e i prezzi sono soggetti a modifiche senza preavviso. TEKTRONIX e TEK sono marchi registrati di Tektronix, Inc. Tutti gli altri nomi commerciali sono marchi d’identificazione di servizi, marchi di fabbrica o marchi registrati che appartengono alle rispettive aziende. 04/00 HB/PG 55I-13757-0