Nasce l’oscilloscopio a dominio misto

OSCILLOSCOPI –

Tektronix ha creato un oscilloscopio con analizzatore di spettro integrato, che consente di mettere in relazione le misure effettuate nel dominio del tempo con quelle nel dominio della frequenza. Obiettivo: risparmiare tempo nello sviluppo dei sistemi embedded dotati di comunicazione wireless.

L'impiego delle comunicazioni wireless nelle normali applicazioni embedded è in continuo aumento e quindi l'analisi di spettro dei segnali in radiofrequenza è entrata a far parte delle misure eseguite normalmente dai progettisti elettronici. Sul banco di lavoro, pertanto, all'oscilloscopio si affianca sempre più spesso l'analizzatore di spettro, ma il coordinamento tra i due strumenti - necessario per studiare le relazioni tra segnali diversi nell'ambito dello stesso sistema - richiede un notevole lavoro preparatorio che porta via parecchio tempo. Per risolvere questo problema, Tektronix ha pensato di integrare l'analizzatore di spettro all'interno dell'oscilloscopio, creando così una nuova categoria di prodotti: gli oscilloscopi a dominio misto o Mdo (Mixed Domain Oscilloscope). L'aspetto più interessante di questa innovazione non è tanto il raggruppamento di due funzioni nella stessa scatola, quanto piuttosto la possibilità di mettere in relazione le misure effettuate nel dominio del tempo con le analisi riguardanti il dominio della frequenza. In altri termini, dato un legame di qualunque tipo tra due segnali (uno dei quali digitale o analogico, e l'altro in radiofrequenza), diviene facile selezionare un preciso istante sull'asse dei tempi del primo e visualizzare lo spettro del secondo, relativamente a quello stesso istante. Le due viste condividono lo stesso display: in altro il dominio del tempo, in basso il dominio della frequenza. Il nuovo MDO4000 è basato sull'oscilloscopio MSO4000B a segnali misti, vero cavallo di battaglia di Tek, con il quale condivide anche le dimensioni estremamente compatte: è profondo meno di quindici centimetri. Il pannello frontale dello strumento si differenzia per la presenza di comandi specificamente riguardanti l'analizzatore di spettro, tutti riuniti in una colonna all'estrema destra. Nell'angolo in basso a destra, inoltre, è collocato un connettore di tipo N per l'ingresso dei segnali in radiofrequenza. La famiglia MDO4000 comprende quattro modelli, tutti dotati di quattro canali analogici e sedici canali digitali; gli strumenti si differenziano tra loro per la larghezza di banda analogica (500 MHz oppure 1 GHz) e per la gamma di frequenze trattate dall'analizzatore di spettro (da 50 kHz a 3 GHz, oppure da 50 kHz a 6 GHz). La serie MDO4000 è stata presentata in anteprima alla stampa a Londra lo scorso 30 giugno.

Rivolto ai progettisti embedded
Come ha spiegato Roy Siegel, general manager della divisione oscilloscopi di Tektronix, il nuovo prodotto si rivolge in primo luogo ai progettisti embedded, non agli specialisti della radiofrequenza che utilizzano come strumento principale l'analizzatore di spettro. Oggi sempre più spesso i progettisti embedded devono occuparsi di radiofrequenza: stando ai dati diffusi da Siegel, infatti, il 38% dei nuovi progetti embedded impiega comunicazioni wireless e nel 2011 sarà venduto un miliardo di dispositivi dotati di comunicazione radio. Tutto questo si deve anche alla diminuzione dei costi: oggi il prezzo di una radio ZigBee è pari a due dollari e mezzo. Gary Waldo, product planner per gli oscilloscopi di Tektronix, ha aggiunto che normalmente i progettisti embedded lavorano con l'oscilloscopio e sono ben lieti di ogni ampliamento funzionale del loro strumento preferito. In altri termini, il nuovo MDO4000 non si pone l'obiettivo di fare concorrenza agli analizzatori di spettro più sofisticati, ma di ampliare le funzionalità dell'oscilloscopio per consentire ai progettisti embedded di continuare a lavorare con un unico strumento, risparmiando tempo. L'analizzatore di spettro che Tek ha incorporato nell'oscilloscopio, quindi, ha funzionalità e prestazioni di base, anche se in effetti si caratterizza per una banda di acquisizione particolarmente larga: 1 gigahertz. Secondo Tektronix, questo parametro è superiore di cento volte rispetto alla media dei normali analizzatori di spettro. Il nuovo strumento, inoltre, è dotato di varie funzioni che facilitano le misure sullo spettro, come marker automatici per una facile identificazione dei picchi, maker manuali per le zone lontane dai picchi, lo spettrogramma per visualizzare le lente fluttuazioni di frequenza e ampiezza dei segnali RF, oltre a una serie di strumenti di analisi come le tracce relative ai valori Normal, Average, Max Hold e Min Hold, le misure automatiche di Adjacent Channel Power Ratio e Occupied Bandwidth ecc.

I vantaggi del dominio misto
Un aspetto da sottolineare è che la visualizzazione nel dominio della frequenza non è una semplice FFT del segnale presente sui canali analogici o digitali, ma è realmente lo spettro acquisito sul canale RF. Il nuovo MDO4000 permette di osservare lo spettro a radiofrequenza di un segnale in qualunque punto nel tempo compreso entro una lunga finestra di acquisizione, per analizzare i cambiamenti in funzione del tempo o dello stato del dispositivo. Facendo scorrere lo “SpectrumTime” (una barretta di colore arancione) sull'asse dei tempi, è possibile esaminare lo spettro RF per ogni punto dell'acquisizione stessa, mentre simultaneamente si osserva il comportamento dei bus analogici, digitali e/o decodificati in corrispondenza del medesimo punto nel tempo. Analogamente, le tracce RF nel dominio del tempo sono utilizzate per mostrare come l'ampiezza, la frequenza o la fase del segnale RF in ingresso mutino in relazione al tempo. Questo facilita la caratterizzazione delle transizioni nei salti di frequenza (frequency hopping), dei tempi di assestamento (settling times) e della temporizzazione degli eventi RF, relativi al funzionamento di altri componenti o altre attività del sistema in prova. Le tracce RF nel dominio del tempo sono visualizzate nella medesima finestra, così come le forme d'onda analogiche, digitali e le forme d'onda decodificate dei bus seriali/paralleli, permettendo un'immediata comprensione di come stia funzionando il dispositivo in prova. Secondo Tektronix, grazie all'ampiezza della capture bandwidth e alla possibilità di fare scorrere lo SpectrumTime, in determinati casi una singola acquisizione di MDO4000 può sostituire fino a 1500 acquisizioni di un analizzatore di spettro tradizionale, con i relativi tempi di setup.
In aggiunta alla modalità standard “RF power level trigger”, un modulo opzionale (MDO4TRIG) offre ulteriori modalità di trigger che utilizzano il livello di potenza RF come condizione di attivazione, permettendo di isolare ancor meglio l'evento RF che si desidera caratterizzare.

Esempi applicativi
Secondo Tektronix, gli strumenti della serie MDO4000 si prestano in modo particolare ad applicazioni quali il debugging di moduli wireless con frequenze entro i 6 GHz (ad esempio Wlan, Bluetooth, Zigbee, ecc.); il debugging di sistemi di comunicazione “fatti in casa” in modulazione d'ampiezza, frequenza o fase; l'analisi a larga banda dei ricetrasmettitori a doppia banda (ad esempio un segnale Zigbee a 900 MHz e un segnale Bluetooth a 2,4 GHz, in una singola acquisizione); l'osservazione dei cambiamenti dello spettro in funzione del tempo durante il transitorio di attivazione dei Vco o dei Pll; la misura del tempo necessario al raggiungimento delle condizioni di stabilità quando si attivano o disattivano dei segnali RF; la determinazione delle latenze intercorrenti tra i comandi della logica di controllo e le conseguenti variazioni della radiofrequenza; l'analisi delle cause di interferenze irradiate o propagate per accoppiamento; la misura degli effetti prodotti dagli alimentatori a commutazione sul resto del sistema; l'analisi approfondita delle sorgenti di rumore spurio, poste in relazione con segnali nel dominio del tempo.

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