Generare per simulare e misurare

GENERATORI & ANALIZZATORI –

La necessità di creare segnali ad alta velocità e di gestire una varietà di tipi diversi di modulazione porta alla disponibilità di strumenti integrati anche complessi, come i più attuali generatori di forme d’onda arbitrarie.

La costante evoluzione delle tecnologie e delle esigenze degli utenti finali contribuisce ad ampliare il mercato degli strumenti di misura. Nel caso dei generatori e degli analizzatori di segnale la tendenza è quella di avere strumenti sempre più economici, facili da utilizzare e naturalmente in grado di simulare o di analizzare una gamma sempre più ampia di segnali o funzioni. Uno dei segmenti più attivi nel sostenere la domanda di nuovi strumenti è quello delle telecomunicazioni; i nuovi apparati basati su tecnologie come Cdma e Gprs, le reti locali wireless e i dispositivi Bluetooth hanno esigenze peculiari di misura e di collaudo che richiedono strumenti specializzati. La necessità di creare segnali ad alta velocità e di gestire una varietà tipi modulazione spinge alla realizzazione di strumenti integrati anche complessi, concretizzata nella più recente ondata di generatori di forme d'onda arbitrarie (AWG), ma d'altro canto, i classici generatori funzione o di segnale continuano ad essere utilizzati ed anzi preferiti da chi si occupa di formazione, manutenzione e anche misure in laboratorio, per la loro semplicità d'uso e convenienza. Il mercato globale dei generatori di segnale e di forme d'onda viene valutato pari circa settecento milioni di dollari, di cui il 50% circa è rappresentato dagli strumenti destinati al settore RF e microonde, utilizzati per simulare dispositivi apparati WiMax, 3G wireless, Gsm Edge, e Wcdma. Le prospettive a medio termine per questa categoria di strumenti sono ritenuto buone anche se molti costruttori sottolineano l'esigenza di educare e informare adeguatamente i clienti che sembrano spesso restii a investire nei prodotti di fascia alta a meno di non esservi costretti. Molti piccoli costruttori offrono anche con altri strumenti molto specializzati, quasi di nicchia, per risolvere le esigenze contingenti dei progettisti.

Il generatore di forme d’onda
La descrizione di un generatore di forme d'onda può essere fatta per paragone, riferendosi al classico generatore di funzioni o di segnale; infatti, mentre questo è uno strumento in grado di creare una serie di forme d'onda più o meno standard (ad esempio sinusoidi, onde quadre e rampe) con precisione più o meno elevata; un generatore di forme d'onda arbitrarie è pensato invece per creare forme d'onda non standard che replicano segnali analogici particolari o disturbi e rumore, per permettere di simulare i segnali di ingresso di circuiti e apparati. In pratica si tratta di generare non solo combinazioni delle classiche funzioni ma anche singoli impulsi, trend di impulsi, modulazioni complesse, rumore bianco e altri tipi di segnale.
Nonostante la varietà di modelli presenti sul mercato l'architettura di un generatore di forme d'onde arbitrarie è sostanzialmente standardizzata e ricade in due grandi categorie, la sintesi digitale diretta o Dds (Direct Digital Synthesis), oppure la generazione detta True Arbitrary. La sintesi digitale è la soluzione realizzativa meno costosa pur garantendo eccellenti risultati con un'unica limitazione: il fatto che venga utilizzato una frequenza di campionamento fissa. Infatti per generare un segnale è necessario descrivere per punti la forma d'onda desiderata; questo avviene normalmente catturando una serie di segnali (campioni) o usando software di creazione ed editing. Usando tali campioni si crea un segnale arbitrario forme d'onda la cui frequenza sarà data dal numero di punti o campioni per la frequenza di clock del generatore. In altre parole sarà un valore fisso a meno di non varia re il numero di punti o campioni riducendolo o aumentandolo per interpolazione, in entrambi casi però ottenendo una forma d'onda approssimata, ovvero meno precisa. Se invece lo strumento è dotato della possibilità di variare la frequenza di campionamento (soluzione True Arbitrary) la precisione del segnale generato è sempre uguale per qualsiasi frequenza ma diventa sempre più difficile, per lo strumento operare in tempo reale sul segnale generato (perché vanno ricalcolati tutti i campioni) man mano che aumenta la velocità. Dilemma irresolubile? Non proprio, infatti gli strumenti più sofisticati e costosi, offrono entrambe le modalità, con la possibilità per l'utilizzatore di scegliere una o l'altra a seconda delle esigenze del momento.

Le ultime soluzioni disponibili
Una rassegna esaustiva dell'attuale offerta commerciale, potrebbe durare pagine e pagine, in particolare se si dovessero includere anche i vari tipi di strumenti più o meno virtuali, perché praticamente ogni fornitore di strumenti di misura T&M ha un prodotto di questo tipo a portafoglio; di seguito verranno pertanto presentati solo alcuni modelli scelti tra quelli di più recente introduzione.

Alta accuratezza nei segnali generati
I più recenti in ordine di tempo, presentati pochi mesi dopo i modelli di fascia alta 81180°, sono certamente generatori di funzioni e forme d'onda arbitrarie serie 33500 Agilent, descritti dall'azienda statunitense come rivoluzionari, in quanto in grado di offrire minore distorsione e jitter rispetto ad altri strumenti e con accuratezza senza precedenti dei segnali generati, che permettono di affrontare anche le applicazioni più difficili, ad un prezzo molto conveniente. I generatori di funzioni e forme d'onda arbitrarie serie 33500 offrono tutte le comuni funzionalità, come modulazione, sweep e burst, ma anche una banda elevata: onde sinusoidali, quadre e impulsi da 30 MHz, distorsione armonica totale dello 0,04% e jitter inferiore a 40 ps, migliore risoluzione temporale (frequenza di campionamento di 250 MSa/s a 16 bit) e una interfaccia utente intuitiva che insieme a interfacce Lan e Usb integrate ne semplificano l'uso e l'integrazione nei sistemi di misura.

Per forme d’onda analogiche e digitali
La nuova linea di generatori ArbStudio ad alta frequenza di campionamento ed alta risoluzione, che permettono la generazione di forme d’onda analogiche e digitali, ha segnato invece l’ingresso di LeCroy nel settore dei generatori di segnali nella fascia alta. L'azienda propone quattro modelli ArbStudio, a 2 e 4 canali con capacità di generazione di forme d’onda analogiche con una larghezza di banda fino a 125 MHz, frequenza di campionamento massima di 1 GS/s, memoria di 2 Mpts/canale, risoluzione a 16 bit e la possibilità di doppio funzionamento DDS o True Arbitrary.

Rapidi e potenti
Tektronix ha potenziato da poco le serie AWG7000B e AWG5000B che affiancano altre linee di generatori di forme d’onda arbitrarie e che garantiscono il 20% di ampliamento delle prestazioni rispetto a strumenti precedenti, ponendosi tra le famiglie di generatori di forme d’onda arbitrarie più rapidi e più potenti al mondo. Progettato per rispondere alle esigenze di test dei bus di dati seriali ad alta velocità e delle applicazioni RF a banda larga, con un’uscita RF effettiva di 9,6 GHz, una risoluzione di 10 bit e varie velocità di campionamento fino a 24 GS/s, l’AWG7000B è in grado di produrre forme d'onda seriali ad alta velocità con imperfezioni reali quali rumore, jitter, pre/de-enfasi e segnali multilivello fino a 8 Gbit/s.

Semplice e flessibile
Keithley Instruments propone invece, tra gli altri, un generatore, il modello 3390, con eccellente rapporto tra prestazioni e prezzo, flessibile e di semplice uso in grado di creare forme d'onda arbitrarie, impulsi e funzioni avanzate con elevata integrità dei segnali, tempi di salita e discesa veloci, rumore ridotto e maggiore profondità di memoria per le forma d'onda. Tra le caratteristiche di rilievo di questo strumento la frequenza massima dell'onda sinusoidale fino a 50 MHz, la frequenza dell'impulso di 25 MHz con larghezza dell'impulso minima di 10 ns e 256.000 punti di profondità di memoria per ottenere forme d'onda più uniformi o una lunghezza della forma d'onda fino a quattro volte superiore a parità di risoluzione.

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