Il debug di sistemi wireless

OSCILLOSCOPI –

I progettisti di sistemi embedded devono affrontare la sfida dell’integrazione del wireless; l’oscilloscopio a dominio misto presenta tutti i punti di forza di un oscilloscopio tradizionale e offre in più la possibilità di correlare fenomeni nel dominio della frequenza.

Durante gli ultimi anni abbiamo assistito a una crescita vertiginosa dell’utilizzo di tecnologie wireless per la trasmissione dati. In quasi tutti i settori i collegamenti wireless stanno sostituendo o estendendo i collegamenti tradizionali via cavo. Questo avviene ad esempio negli interruttori e nei regolatori di intensità delle luci wireless in casa; nei sistemi di controllo wireless per i sistemi di riscaldamento e condizionamento; nei sistemi di trasmissione wireless per la musica; nei sistemi wireless per il controllo della pressione dei pneumatici; nei collegamenti wireless per le console dei videogiochi. I moderni sistemi wireless utilizzando tecniche di elaborazione digitale dei segnali per trasmettere i dati con un segnale RF utilizzando modulatori in-fase e in-quadratura (I&Q). Questo implica che le moderne tecnologie wireless debbano affrontare problematiche sia nel dominio del tempo, sia nel dominio della frequenza, avendo a che fare con segnali di tipo analogico, digitale e RF. I tecnici incontrano notevoli difficoltà ad effettuare le misure necessarie a livello analogico, digitale e RF per progettare e verificare il corretto funzionamento dei sistemi wireless. Fino ad oggi nessuno strumento di misura è stato mai progettato per ottimizzare questi tipi di misure. Ciò che serve veramente in questi casi è uno strumento in grado di effettuare delle misure su segnali che appartengono a questi tre domini: analogico, digitale e RF.

L’oscilloscopio a dominio misto
L’Mdo (Mixed Domain Oscilloscope) è il primo strumento sul mercato progettato specificatamente per effettuare misure correlate e simultanee di segnali analogici, digitali e RF, sia nel dominio del tempo, sia nel dominio della frequenza. L’Mdo è la combinazione di un oscilloscopio a segnali misti con un moderno analizzatore di spettro, sincronizzati tra di loro per permettere di effettuare misure uniche nel loro genere. I segnali nel dominio del tempo sono segnali che tipicamente vengono caratterizzati analizzando come l’ ampiezza varia in funzione del tempo. Questo tipo di segnali vengono tradizionalmente misurati con un oscilloscopio. Analizzare come l’ampiezza dei segnali varia in funzione del tempo permette di rispondere a domande del tipo “l’uscita di questo alimentatore è veramente un segnale Dc?”, “esiste un tempo di set-up sufficiente su questo segnale digitale?”, “il segnale RF viene trasmesso?”, “che tipo di informazione viene trasmessa su questo bus seriale?”. La possibilità di vedere come l’ampiezza, la frequenza e la fase di un segnale RF variano nel tempo permette anche di studiare delle semplici modulazioni analogiche, dei transienti di accensione o il comportamento dinamico di segnali RF. I segnali nel dominio della frequenza sono segnali che tipicamente vengono caratterizzati analizzando come l’ampiezza varia in funzione della frequenza. Questo tipo di segnali vengono tradizionalmente misurati con un analizzatore di spettro. Analizzare come l’ampiezza dei segnali varie in funzione della frequenza permette di rispondere a domande del tipo “il segnale RF trasmesso occupa esattamente la banda di frequenza assegnata?”, “le armoniche del segnale RF causano problemi al dispositivo?”, “esistono segnali indesiderati presenti all’interno della banda di interesse?”. Gran parte degli oscilloscopi dispongono della possibilità di calcolare la trasformata di Fourier del segnale acquisito nel dominio del tempo. A molti questo potrebbe sembrare un metodo adeguato per analizzare il comportamento dei segnali RF. In realtà non si tratta del metodo ottimale.

Vantaggi
Quando paragonato a un oscilloscopio con la possibilità di calcolare l’FFT, l’Mdo presenta molti vantaggi:
•    possiede un ingresso RF dedicato con prestazioni superiori per effettuare misure RF nel dominio della frequenza
•    possiede un’architettura che permette di impostare in maniera indipendente i parametri di acquisizione del segnale sugli ingressi analogici/digitali nel dominio del tempo e sull’ingresso RF nel dominio della frequenza
•    offre la possibilità di triggerare lo strumento sia su un segnale analogico, sia su un segnale digitale, sia su un segnale RF, sincronizzando e correlando temporalmente le acquisizioni fatte sui vari canali analogici, digitali e RF
•    Offre un’interfaccia grafica ottimizzata per visualizzare e controllare tutte le funzioni disponibili su un classico analizzatore di spettro.
Una delle caratteristiche più importanti è rappresentata proprio dall’interfaccia grafica ottimizzata per visualizzare simultaneamente i segnali analogici, digitali e RF, sia nel dominio del tempo sia nel dominio della frequenza, in maniera tale da permettere analisi correlate dei fenomeni nei vari domini. È importante osservare nel display dell’Mdo quanto segue:
•    il segnale nel dominio del tempo viene visualizzato nella parte superiore del display;
•    Il segnale nel dominio della frequenza viene visualizzato nella parte inferiore del display;
•    ogni finestra mostra i più comuni parametri di misura;
•    sono presenti i comandi e i parametri utilizzati in un comune analizzatore di spettro per analisi nel dominio della frequenza
Gran parte degli analizzatori di spettro hanno la capacità di visualizzare segnali nel dominio del tempo utilizzando la modalità “zero span”. A molti questo potrebbe sembrare un metodo adeguato per analizzare il comportamento e la variazione dei segnali RF nel dominio del tempo. In realtà questo non è il metodo ottimale.
Quando paragonato a un analizzatore di spettro tradizionale in modalità “zero span”, l’Mdo presenta notevoli benefici:
•    dispone di ingressi multipli analogici, digitali ed RF che permettono di tenere sotto controllo il comportamento dell’intero sistema da testare;
•    offre un ingresso RF dedicato che permette un’analisi simultanea e correlata del segnale RF sia nel dominio della frequenza sia nel dominio del tempo;
•    dà la possibilità di analizzare l’evoluzione di un segnale RF in funzione del tempo senza le limitazioni dei tradizionali analizzatori di spettro in “zero span”;
•    offre un’architettura specificatamente progettata per acquisire segnali RF con banda istantanea molto larga come segnali RF impulsati, a burst, frequency hopping e tempo varianti.

Correlazione tra il dominio del tempo
e il dominio della frequenza

Nell’Mdo la visualizzazione del segnale nel dominio del tempo è correlata con la visualizzazione del segnale nel dominio della frequenza. Le tracce dei canali analogici, digitali e RF nel domino del tempo sono visualizzate insieme nella parte superiore del display nella finestra “Time Domain”. Come negli altri oscilloscopi Tektronix della famiglia 4000, le tracce sono correlate tra di loro a livello temporale e possono essere analizzate con il Wave Inspector, con i marker multifunzione, con le misure matematiche classiche, con i cursori, ecc. Un nuovo indicatore è stato aggiunto sul display per segnalare sulla traccia nel dominio del tempo l’intervallo temporale che viene utilizzato per generare la spettro RF nel dominio della frequenza: si tratta della barra arancione chiamata “Spectrum Time Indicator” e posizionata alla base della finestra “Time Domain”.

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