In un unico strumento oscilloscopio e analizzatore di spettro

STRUMENTAZIONE –

Per l’analisi di segnali RF complessi sono disponibili soluzioni di test in grado di combinare la larghezza di banda degli oscilloscopi di punta con l’intervallo dinamico degli analizzatori di spettro.


I moderni sistemi radar e le reti di comunicazioni sono diventate oggi estremamente complesse, così come le soluzioni RF a banda larga stanno ormai proliferando in numerose applicazioni anche consumer. Per questi motivi è oggi essenziale per gli ingegneri comprendere come i parametri quali la frequenza, l'ampiezza o la modulazione si comportano in intervalli di tempo più o meno lunghi; individuare e analizzare transitori e segnali che variano nel tempo; catturare trasmissioni impulsate, disturbi, transitori di commutazione; individuare derive di frequenza, o ancora catturare segnali a spettro espanso o a salti di frequenza, monitorare l'utilizzo dello spettro, individuare trasmissioni non autorizzate, analizzare gli effetti delle interferenze elettromagnetiche. Per caratterizzare in modo efficace questi segnali, gli ingegneri devono disporre di un tool in grado di effettuare misure su eventi difficili da individuare, isolandoli e di catturandoli in memoria, di modo da poterne analizzare il comportamento nel dominio della frequenza, del tempo e della modulazione. Questo non risulta affatto semplice con gli strumenti di misura tradizionali.

Le sfide per il test dei segnali RF complessi
L'analisi dei segnali RF complessi è effettuata generalmente con gli spectrum analyzer. Tuttavia, la loro banda è insufficiente per molte applicazioni di ultima generazione, le quali richiedono una risoluzione temporale elevata. La cattura nel tempo dei segnali RF può richiedere anche diverse ore; oppure, può essere necessario effettuare un'elaborazione in seguito all'acquisizione dei segnali. I segnali con una larghezza di banda maggiore di 500 MHz non possono essere demodulati con gli analizzatori di spettro tradizionali. Le larghezze di banda per i segnali a banda larga sono comprese normalmente tra 500 MHz e 4 GHz, con frequenze portanti all'interno della banda delle microonde. Inoltre, per poter analizzare impulsi che durano meno di 70 ns è necessario un oscilloscopio. “Gli analizzatori di spettro presentano grosse limitazioni nell'analisi dei segnali a larga banda, mentre gli oscilloscopi tradizionali offrono un intervallo dinamico troppo ridotto”, spiega Darren McCarthy, Worldwide RF Technical Marketing Manager presso Tektronix. L'approccio tradizionale alla misura dei segnali RF a larga banda prevede l'impiego di un oscilloscopio digitale a banda larga accanto all'analizzatore di spettro. L'oscilloscopio è usato per l'acquisizione dei segnali, i quali vengono elaborati in un secondo momento attraverso un software dedicato per estrarre i parametri di segnale di rilievo. Questa procedura è inevitabilmente soggetta ad errori, e comporta un costo dovuto al tempo di sviluppo e alla creazione e gestione del sistema di test. La necessità di usare più strumenti complica l'impostazione della misura; l'hardware e il software sono scarsamente integrati. Spesso, per l'acquisizione e l'analisi dei segnali, è richiesta una grande esperienza da parte degli ingeneri. Inoltre, la persona che raccoglie i dati sull'oscilloscopio non è sempre quella che esegue l'analisi dei dati. Se vengono acquisiti i dati scorretti, le misure devono essere ripetute, comportando ore o giorni aggiuntivi di lavoro.
In più, le soluzioni di test esistenti consentono di effettuare misure dirette fino a 13 GHz. Per poter elaborare segnali a frequenze superiori, occorre usare un convertitore in discesa o down converter esterno. In tutto sono quindi richiesti 3 strumenti; il down converter, inoltre, limita le prestazioni e la banda di acquisizione del sistema di test.

Un analizzatore di spettro realizzato su software
Il nuovo software SignalVu per l'analisi vettoriale dei segnali, che gira in forma nativa sugli oscilloscopi digitali della serie DPO7000 e DPO/DSA70000, combina il motore per l'analisi dei segnali dell'analizzatore di spettro in tempo reale RSA6100A, realizzato in architettura Rtsa (Real-Time Spectrum Analyzer), con le prestazioni e le capacità di trigger degli oscilloscopi digitali. In questo modo consente di usare un oscilloscopio come un analizzatore di spettro. La banda e la precisione tipica degli oscilloscopi digitali ad alte prestazioni sono state quindi rese disponibili per la misura di segnali RF e alle microonde.
La stretta integrazione fra la modalità oscilloscopio e la modalità analizzatore dei segnali vettoriali, resa possibile dal software SignalVu, evita possibili errori di acquisizione e di elaborazione dei segnali e consente di effettuare analisi multidominio complesse. Gli oscilloscopi DPO7000 e DPO/DSA70000, usati con il software SignalVu, sono in grado di effettuare in tempi rapidi misure di segnali RF fino a 20 GHz di banda analogica, la quale consente la misura diretta di segnali nella banda Ku senza la necessità di ricorrere a un down converter esterno. Gli strumenti presentano una velocità massima di campionamento di 50 GS/s. Le funzioni di triggering avanzate offrono la possibilità di acquisire in modo flessibile fino a 14.000 segnali diversi. La memoria profonda assicura la cattura di eventi che variano nel tempo. È possibile catturare simultaneamente fino a 4 canali, ciascuno dei quali può essere analizzato in maniera indipendente dal software SignalVu. Con una capacità di memoria 62 volte superiore rispetto ad altre soluzioni sul mercato, pari a 500 MegaSample, l'ingegnere dispone di più dati a disposizione per l'analisi dei segnali. Avendo in memoria più campioni, è possibile ottenere una maggiore risoluzione e visibilità sui segnali. La capacità di isolare rapidamente un evento grazie alle funzioni avanzate di triggering, consente inoltre di utilizzare la memoria a disposizione in modo più efficiente. Le soluzioni tradizionali sono limitate tipicamente a 8 milioni di campioni, o richiedono l'uso più strumenti, peraltro complessi da calibrare. SignalVu può raggiungere 40 ps di risoluzione temporale, con un miglioramento fino a 3 ordini di grandezza rispetto alle soluzioni tradizionali per l'analisi vettoriale dei segnali. Supporta inoltre 20.000 modi diversi di analizzare i dati combinando logicamente eventi analogici e digitali con segnali RF. Questa capacità semplifica l'analisi dei parametri dei segnali RF come l'ampiezza dell'impulso, il tempo di salita o lo sfasamento fra un impulso e il successivo, e rende possibile l'isolamento di problemi difficili da individuare.
Il software consente di effettuare test e caratterizzazioni dei dispositivi RF digitali a larga banda in modo efficiente ed economico. Una singola acquisizione può essere analizzata in più modi, cambiando viste e modi, o con l'analisi dello spettrogramma. È inoltre possibile effettuare analisi statistiche, correlando le informazioni sui segnali acquisiti nel domino del tempo e della frequenza. “Nonostante questa soluzione combini i vantaggi di entrambi gli strumenti, in realtà non può sostituire completamente gli spectrum analyzer. Gli analizzatori di spettro sono caratterizzati da una larghezza di banda inferiore rispetto agli oscilloscopi, i quali, d'altro canto, presentano un intervallo dinamico inferiore. Gli oscilloscopi infatti integrano un convertitore A/D a 8 bit, mentre gli analizzatori della serie offrono 14 bit di risoluzione con un convertitore da 12 bit”, osserva Darren McCarthy. L'aspetto di SignalVu è quello di un analizzatore di spettro, grazie ad un'interfaccia utente molto intuitiva. Il software, che gira in ambiente Windows XP, può essere ordinato per tutti gli oscilloscopi delle serie DPO7000 e DPO/DSA70000. SignalVu è installato nel firmware degli oscilloscopi DPO7000 e DPO/DSA70000, ed è concesso in licenza per la versione di base per gli oscilloscopi della serie DPO7000.

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