Prestazioni e usabilità: nuovi traguardi per gli oscilloscopi

OSCILLOSCOPI –

Mentre le prestazioni continuano ad aumentare, gli oscilloscopi sono anche sempre più user friendly: interfacce touch screen, dimensioni e peso ridotti, enormi capacità di analisi predefinite e rapporto prezzo/prestazioni più conveniente.

Rispetto ad altri tipi di strumenti di misura, gli oscilloscopi hanno saputo evolvere e adeguarsi alle mutate condizioni di mercato continuando, grazie all'innovazione tecnologica e al miglioramento delle prestazioni, a penetrare nuovi segmenti applicativi, superando brillantemente un momento difficile causato dalle ristrettezza in cui versano alcuni settori industriali, ad esempio quello legato alle applicazioni militari e aerospaziali. Secondo gli analisti, il mercato mondiale degli strumenti di questo tipo ha ormai superato il valore di 1,2 miliardi di dollari e si avvia a raggiungere il miliardo e mezzo di dollari nel 2012. Non solo le telecomunicazioni, ma anche l'industria dei trasporti, quella delle energie alternative e quella dell'elettronica di consumo spingono gli oscilloscopi verso nuovi traguardi.

Nuove opportunità applicative
La comparsa e l'adozione diffusa dei bus seriali per la trasmissione dati (Pci Express 2.0, Serial Ata III, Hdmi 1.3), i nuovi standard per le applicazioni audio/video come DisplayPort, destinata a sostituire le varie Lvds, Dvi, e Vga per soddisfare i requisiti di banda per segnali in alta risoluzione, oppure la transizione della trasmissione RF dall'analogico al digitale, sono tutte opportunità che i costruttori di oscilloscopi stanno gioiosamente sfruttando per proporre nuovi modelli. Naturalmente l'evoluzione in stile darwiniano degli strumenti non può non lasciare sul campo qualche vittima della modernizzazione: in questo caso la specie in via di estinzione è quella degli oscilloscopi analogici, ormai quasi totalmente soppiantati dagli strumenti digitali, sia stand alone da banco che modulari o basati su Pc. Gli utenti infatti sembrano apprezzare un approccio software alla strumentazione, che permette di personalizzare le soluzioni in modo molto più profondo sfruttando la potenza e la versatilità di un'architettura universale come il personal computer; l'idea non è per nulla nuova (anzi è ormai ampiamente maggiorenne) ma sicuramente la comparsa di bus ad alta velocità come Pci Express ne ha favorito l'adozione su scala sempre più ampia, insieme alla disponibilità di hardware sempre più potente (Cpu multicore).

Un mercato maturo, ma in movimento
Un ulteriore segno della relativa maturità del mercato è il livellamento dei prezzi, in rapporto alle prestazioni forniti dai singoli strumenti: in pratica nuove funzionalità e maggiore potenza vengono offerte a prezzi sempre più convenienti e solo gli strumenti particolarmente innovativi, cioè le poche vere e proprie novità riescono a mantenere un prezzo premiante per il costruttore. Per i produttori quindi margini ridotti e concorrenza sempre più aggressiva, fatta di razionalizzazione delle reti commerciali e distributive, riduzione dei costi di produzione concentrandosi soprattutto sulla Ricerca & Sviluppo, specializzazione degli strumenti alla ricerca di nuove nicchie, massima attenzione alle esigenze dei clienti in termini di supporto e di funzionalità sviluppare ad hoc. Di seguito verranno presentate, per vari costruttori ma senza pretese di esaustività, le più recenti novità di prodotto, cercando di identificare le scelte tecnologiche e di sviluppo che ogni player si è scelto strategicamente. Naturalmente i (pochi) big possono vantare una gamma di prodotto talmente ampia e diversificata da coprire praticamente qualsiasi applicazione, ma non bisogna dimenticare i costruttori di seconda fascia (relativamente numerosi) che comunque possono soddisfare ampiamente le esigenze di tecnici e progettisti alle prese con realizzazioni industriali di bassa o media complessità, senza richiedere budget spaventosi.

Una gamma completa e innovativa
Storica protagonista nel settore della strumentazione elettronica da laboratorio (ma anche nel settore della strumentazione bioanalitica, in quello del collaudo di dispositivi elettronici e in altri ancora), con un'offerta che spazia dagli analizzatori ai generatori, alimentatori, software, strumenti modulari ecc., Agilent propone una gamma veramente completa di oscilloscopi e tutte le varie famiglie nel corso degli ultimi 12 - 24 mesi sono state rinnovate o ampliate e completate.
Tra le novità più recenti alcuni nuovi modelli della serie Infiniium 9000A, che insieme alla serie Infiniium 9000 è la famiglia top di gamma dell'azienda. Questi serie comprende strumenti che offrono una larghezza di banda reale fino a 4 GHz, sono compatti e portatili ma offrono il più ampio display disponibile sul mercato, uno schermo Lcd in formato Xga da 15”, la più profonda memoria di acquisizione al mondo, e anche un sistema di triggering integrato hardware e software: InfiniiScan Plus. Sono stati tra i primi oscilloscopi a segnali misti ad offrire anche analisi di protocollo e controllo di conformità MIPI-DPHY. I modelli Infiniium più nuovi si caratterizzano per una maggiore economicità rispetto agli altri componenti della famiglia da 600 MHz, pur con funzionalità di visualizzazione e di analisi avanzate. All'estremo opposto della fascia di prezzo/prestazioni Agilent ha introdotto la serie 1000, cioè una famiglia di oscilloscopi leggeri e compatti dal prezzo decisamente contenuto, comunque con caratteristiche interessanti: una larghezza di banda compresa tra 60 e 200 MHz, due o quattro canali, ricchi di funzionalità che si rivelano utili per soddisfare una vasta gamma di esigenze di collaudo e debug. Senza dimenticare che nella fascia degli strumenti più semplici sono disponibili anche i modelli serie U1600A che sono strumenti palmare che abbinano le funzioni di un oscilloscopio completo con quelle di un multimetro digitale e la serie U2700. Tra i due estremi di prezzo e prestazioni abbiamo poi la serie 5000, con strumenti portatili a 100 e 500 MHz, due/quattro canali, memoria di 1 Mpts e velocità di campionamento di 2 o 4 GS/s, la serie 6000A (anche nella versione 6000L, in formato rack a basso profilo e quindi privi di display) che comprende oscilloscopi con banda passante fino a 1 GHz, memoria fino a 8 Mpts e velocità di campionamento 4 GS/s. La serie prevede anche modelli a segnali misti con sedici canali digitali oltre ai quattro analogici.

Investimenti in hardware e visualizzazione
Altra protagonista a tutto tondo di questo mercato, Tektronix è da sempre all'avanguardia nell'innovazione tecnologica, in particolare grazie ai notevoli investimenti nell'hardware di acquisizione e condizionamento del segnale, il vero e proprio cuore di un oscilloscopio, ma anche nelle tecnologie di visualizzazione (si deve a Tektronix l'introduzione del concetto di DPO (oscilloscopio ai fosfori digitali) ovvero di una soluzione che permette di aumentare sostanzialmente le frequenze di acquisizione da dei segnali e nel software. Di recente Tektronix si è concentrata sullo sviluppo della fascia di prodotti ad alte prestazioni, introducendo una serie di oscilloscopi per segnali misti ad alte prestazioni MSO70000, che vanno a completare la famiglia Ultra-performance che già annovera i DPO70000B, i DSA70000B e il DSA8200. Gli MSO70000 aggiungono sostanzialmente 16 canali digitali veloci ai corrispondenti modelli DPO70000 con i quali offre totale compatibilità per quanto riguarda software applicativo e accessori disponibili, offrendo le caratteristiche di analisi nel dominio del tempo di un analizzatore logico di alte prestazioni con la precisione analogica, la capacità di accesso al segnale e la facilità di utilizzo di un oscilloscopio in tempo reale. Gli strumenti hanno quindi 20 canali di acquisizione (4 analogici e 16 digitali) con una larghezza di banda che varia da 4 a 20 GHz, con una risoluzione temporale sui canali digitali pari a 80 ps e memoria di acquisizione standard di 10 milioni di punti per ciascun canale, espandibile fino a 250 milioni di punti per canale.
Con caratteristiche leggermente inferiori, ma sempre di fascia alta, troviamo le serie TDS5000B e DPO7000, mentre il segmento dei veri e propri strumenti da banco general purpose è coperto dai modelli MSO/DPO2000, MSO/DPO3000 e MSO/DPO4000. Si tratta di oscilloscopi con larghezze di banda comprese tra 100 e 200 MHz, per i modelli inferiori e via via a salire fino ai 500 MHz / 1 GHz dei modelli 4101, campionamento da 500 MS/s a 2GS/s e memoria fino a 10 Mpts, 2 o 4 canali oltre ai 16 canali digitali presenti nei modelli per segnali misti. Tra le caratteristiche peculiari introdotte da questi strumenti la possibilità di trigger e decodifica per i più comuni bus seriali (I2C, SPI, RS-232, Can, Lin) e l'innovativo motore di ricerca Wave Inspector su tutti i canali per semplificare e la ricerca di eventi anche nelle registrazioni più lunghe. Infine, nella fascia caratterizzata da un prezzo estremamente competitivo, Tektronix propone la serie di strumenti Basic TDS1000B, TDS2000B, TPS2000 e TDS3000C, che abbinano alle prestazioni, comunque buone, grande facilità d'uso ad un prezzo davvero competitivo. Questi oscilloscopi vengono tra l'altro commercializzati sui canali distributivi per raggiungere una base di clientela molto vasta.

Focalizzazione totale sull'oscilloscopio
Particolarmente ricca l'offerta di LeCroy, azienda statunitense che proprio sugli oscilloscopi (pur offrendo anche altre linee di prodotto) ha costruito il proprio percorso di crescita fino a diventare uno dei leader di mercato. Gli strumenti entry level sono quelli della serie WaveJet, quattro modelli con banda da 100 a 500 MHz, campionamento a 1 GS/s (2 GS/s con canali interallacciati) e memoria standard di 500 kpts (espandibile),display LCD da 7.5". Con le stesse frequenze di campionamento , ma con una memoria maggiore (1 Mpts oppure 2 Mpts con canali interallacciati) e banda da 200 MHz a 1 GHz abbiamo la famiglia WaveSurfer che comprende ben dieci modelli, tra cui i modelli MXs a segnali misti, con software che integra funzioni matematiche avanzate e trigger HDTV. Ha una banda di 1 GHz, velocità di campionamento di 5 GS/s e memoria di 10 Mpts per canale. Nella fascia intermedia prezzo/prestazioni troviamo le famiglie WaveRunner Xi e WaveRunner 6000A, WavePro7000A e WaveMaster8000A; aumenta la banda passante che va dai 350 MHz dei modelli più piccoli ai 6 GHz del modelli maggiori, aumentano le dimensioni del display (10,4") mentre le velocità di campionamento salgono progressivamente fino a 10 GS/s e addirittura 20 GS/s per i WaveMaster. Completano l'offerta LeCroy gli oscilloscopi mainframe WaveExpert, in particolare i recenti strumenti serie 8 Zi con banda fino a 30 GHz, una frequenza di campionamento fino a 80 GS/s, 512 Mpts di memoria e la capacita di trigger su fronti di segnali oltre i 15 GHz. Caratteristiche che consentono a LeCroy di presentarsi come leader assoluto in termini di banda massima. Gli strumenti vantano un tempo di analisi più veloce di un fattore 10 - 100 volte rispetto a quanto possibile fino ad ora, un ampio schermo touch screen ad alta definizione da 15,3”, funzioni per aumentare l'accuratezza (Signal Integrity) comprese nella soluzione Eye Doctor, e la contemporanea presenza di ingressi a 50 Ω ed 1 MΩ per ogni canale. In sintesi, la famiglia WaveMaster 8 Zi si presenta come una delle piattaforme più potenti e versatili disponibili oggi sul mercato. La gamma LeCroy comprende poi due serie di strumenti specializzati, i Disk Drive Analyzer (DDA) e i Serial Data Analyzer (SDA), questi ultimi con valori di banda compresi tra 3 e 18 GHz, velocità di campionamento è di 20 GS/s (sale a 60 GS/s con canali interallacciati) e memoria di 24 Mpts per canale.

Caratteristiche diversificate
Unica azienda non statunitense a vantare una presenza forte in questo segmento della strumentazione per le misure elettroniche, Yokogawa può per altro vantare un portafoglio prodotti quanto mai diversificato, in cui l'attività T&M è solo una piccola componente. Dai DL750/DL750P ScopeCorder, una nuova famiglia di strumenti con caratteristiche particolari che combinano le funzioni di un oscilloscopio e quelle di un registratore dati, fino ai sofisticati MSO e DSO DLM6000, oscilloscopi digitali e a segnali misti da 500 MHz a 1.5 GHz da banco con 4 canali e 16 o 32 ingressi logici, l'offerta Yokogawa è estremamente diversificata. Nel segmento degli strumenti economici sono disponibili i modelli delle serie 1600 e 1700, tra cui i DL1620/1620S: DL1640/DL1640L/DL1640S, dotati di notevole quantità di memoria banda passante fino a 200 MHz con campionamento a 200 MS/sec. Questi oscilloscopi offrono l'interessante opzione di un real time filtering, per eliminare il rumore dal segnale in tempo reale e compatti ma ricchi di accessori stampante incorporata (in alcuni modelli), FDD drive, scheda PCMCIA o Zip drive, porta Ethernet, USB o GPIB. Analogamente i DL1740E/1720E sono nuovi oscilloscopi digitale entry level con banda passante da 500 MHz e campionamento da 1 GS/sec, 4 o 2 canali di ingresso con profondità di memoria di 2 MW, schermo da 6.4" a colori, trigger avanzato, calcolo automatico di 24 parametri. Salendo in prestazioni troviamo invece i nuovi oscilloscopi digitali DL7440/7480 a 4 o 8 canali e memoria da 4 MW a 16 MW con una banda passante da 500 MHz e campionamento di 2 GS/sec. Insieme ai 4 o 8 canali di ingresso analogici gli strumenti offrono anche 16 canali di ingresso digitali separati ed indipendenti. Con le famiglie DL9000 DSO e MSO e DLM2000 MSO si arriva poi ai massimi di prestazione per strumenti di debug di applicazioni molto complesse. Strumenti dotati di 2 o 4 canali, disponibili anche nelle versioni MSO a segnali misti, campionamento fino a 1,5 GHz e memoria fino a 125 Mpts, estese funzioni di triggering.

Un'offerta che arriva fino al palmare
Oltre ai quattro indiscussi leader di mercato, l'offerta di oscilloscopi è comunque ulteriormente ampliata, specialmente di modelli di medio livello, dalle proposte di numerose aziende che si concentrano su prodotti interessanti per utenti che impiegano gli strumenti più nel debugging circuitale di riparazione o nelle misure sul campo piuttosto che in vera e proprio attività da laboratorio di ricerca e progettazione. In questo gruppo di strumenti si ritrovano anche alcuni modelli basati sulla tradizionale tecnologia analogica, che è di fatto stata abbandonata dai grandi costruttori. Volendo citare alcuni dei marchi presenti nel nostro paese, sono interessanti i modelli cosiddetti palmari, cioè delle dimensioni di un comune multimetro che in effetti da questo strumento derivano molte caratteristiche e prestazioni, con l'aggiunta però di una serie di funzioni tipiche dell'oscilloscopio. Ad esempio i modelli 1006 e 1020 di Protek (distribuiti da Marcucci), veri e propri oscilloscopi portatili a due canali, con Larghezza di banda 60 - 200 MHz a due canali, frequenza di campionamento a 150 e 250 Msa/s in tempo reale, display TFT da 5.7” a colori. Strumenti simili (spesso distribuiti anche a catalogo dai fornitori di componentistica più noti) sono proposti da Chauvin Arnoux, Fluke (distribuito tra l'atro da Giakova e da Delo Instruments), Hameg (Elpav Instruments), Metrix (TekUp), BK Precision (Gould GN Sistemi) , Iwatsu (Selint) e vari altri.

Dal reale al virtuale
Infine non si può non includere nel panorama degli oscilloscopi anche gli strumenti cosiddetti virtuali ovvero che non sono strumenti stand alone veri e propri ma che offrono prestazioni da oscilloscopio a partire da moduli hardware su scheda o in formato rack oppure ancora da collegare a un personal computer. Capostipite e leader indiscussa di questa prima tipologia di prodotti è National Instruments che offre una serie di digitalizzatori sia in versione Pci che Pxi oltre ad alcuni modelli con interfaccia Usb. Ad esempio il recente digitalizzatore/oscilloscopio NI PXI-5154 da 1 GHz a due canali, che fornisce una frequenza di campionamento real time fino a 2 GS/s (con una frequenza di campionamento in tempo equivalente da 20 GS/s per segnali ripetitivi), rendendo lo strumento ideale per l'acquisizione e la caratterizzazione di velocità dell'ordine di nanosecondi. Con una memoria a bordo scheda di 256 MB per canale, la maggiore di tutta la classe, il digitalizzatore fornisce inoltre elevate frequenze di campionamento sostenuto tramite finestre estese di acquisizione dati. Oltre alla possibilità di realizzare le misure standard di un oscilloscopio è possibile anche implementare sul modulo altri strumenti, ad esempio analizzatori di spettro o registratori di transitori o anche sincronizzare più digitalizzatori NI e altri strumenti a segnali misti con un'accuratezza dell'ordine del picosecondo per applicazioni a segnali misti e con elevato numero di canali.
Un approccio leggermente diverso è quello proposto da Pico Technology (distribuita in Italia da PCB Technologies) che propone invece strumenti virtuali costituiti da unità hardware da collegare a un Pc. Un esempio sono i nuovi PicoScope della serie 6000, i primi con frequenza di campionamento in tempo reale di 5 GS/s, che si associa a una larghezza di banda di ben 350 MHz su tutti e quattro i canali e un buffer di memoria da 1 GS che nessun altro modello da banco o Usb è in grado di offrire.
In un alloggiamento Usb davvero poco ingombrante i moduli integrano un generatore di funzioni, un generatore di forma d'onda arbitraria, funzioni di verifica dei limiti con maschere, limitazione della larghezza di banda commutabile su ogni canale e ingressi commutabili da 1 megaohm e da 50 ohm. Tutto questo si aggiunge alle funzioni di analisi dello spettro, attivazione avanzata e decodifica seriale previste di serie negli oscilloscopi Pico Usb. Gli oscilloscopi si connettono a qualsiasi computer con sistema operativo Windows XP, Windows Vista o Windows 7 provvisto di interfaccia Usb 2.0.

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