Oscilloscopi fai da te

Spectrum
Decisamente ampia è, ad esempio, la gamma di schede fornite da Spectrum. Sono disponibili modelli con risoluzione 8, 12, 14 e 16 bit. L'architettura è comune e modulare, prevedendo la scheda carrier intelligente, il mezzanino di front-end analogico e un modulo di memoria. Alla risoluzione più bassa (8 bit) si va dai modelli a 4 canali/50 Msps (M2i.2020) a quelli a 1 Gsps/1 canale o 500 Msps/2 canali (serie M3i.2132). Alla risoluzione più alta si trovano invece schede a 30 Msps/16 canali (modello M2i.4964 ) o 65 Msps/2 canali (M3i.4831). È tipicamente possibile selezionare la dinamica del segnale di ingresso tra 6 diversi intervalli predefiniti tra ±200 mV e ±10 V e l'impedenza di ingresso tra 50Ω e 1 MΩ. Nelle schede multicanale, l'acquisizione è assolutamente sincrona, con una catena di condizionamento e conversione A/D dedicata per ogni ingresso. Applicazioni con numero elevato di canali possono essere realizzate mediante l'espansione Star-Hub che consente la sincronizzazione di fino a 16 (nel caso della serie M2i) o 8 schede (serie M3i). Tutte le schede sono disponibili in formato Pci (serie M2i e M3i) e PCIe 1x (serie M2i-exp e M3i-exp) con trasferimento dati sostenuto oltre i 240 Mbyte/s. Supportano acquisizione in modalità standard (con memorizzazione locale, per la registrazione di transienti veloci) o fifo, nel quale caso è fatto streaming continuo dei dati verso la memoria dell'host per registrazioni di lunga durata. La capacità di memoria a bordo è espandibile fino a 4 Gbyte. Sono supportati un ingresso di clock di campionamento esterno o la generazione dello stesso localmente, mediante PLL ad elevata precisione; è ovviamente presente l'ingresso di riferimento di clock per la sincronizzazione multi-canale. Flessibile ed estese sono pure le funzionalità di trigger, configurabile, ad esempio, da ingresso esterno o su fronte o livello del segnale campionato (con possibilità di pre e post-triggering). Sbench 6 è l'applicativo fornito per acquisizione, visualizzazione, registrazione, playback e analisi in tempo reale di segnale. La versione base è scaricabile gratuitamente dal web; funzionalità avanzate sono disponibili nella versione professionale. Sono pure disponibili i driver per Windows e Linux e per Matlab, LabView e Vee (con, in tutti i casi, relativi esempi di utilizzo); sono supportate le versioni a 64-bit dei diversi ambienti e sistemi operativi. Control Center è invece l'ambiente software per la gestione delle schede installate nel proprio sistema, con funzionalità di test, debug e calibrazione oltre che (aspetto piuttosto interessante) di demo. È infatti possibile da Control Center emulare una scheda per tutto quello che riguarda le funzioni di configurazione e acquisizione dati; si è in grado, così, di provare la propria applicazione ancor prima di aver installato la scheda reale nel proprio sistema. Funzionalità custom nella Fpga presente a bordo scheda possono inoltre essere implementate su richiesta.

Agilent (ex Acqiris)
Nel segmento di mercato dei digitizer per Pc, Agilent è presente con la linea di prodotti fino a qualche anno fa supportati da Acqiris. I modelli U1070A, U1082A e U1071A  hanno fattore di forma Pci con data rate sostenuto verso l'host per il trasferimento dati fino a 100 Mbyte/s mentre la scheda U1084A dispone di connettività PCIe 4x che supporta capacità di trasferimento fino a 580 Mbyte/s. Il U1070A dispone in tre diverse configurazioni con frequenza di campionamento compresa tra 100 Msps e 400 Msps; la risoluzione di conversione A/D è 12 bit, l'accoppiamento in ingresso di tipo Dc a 50 Ω (il solo modello -001 dispone di accoppiamento AC con ampiezza di banda di 300 MHz), la dinamica del segnale di ingresso compresa tra 50 mV e 10V. La capacità di memoria locale è di 4 Msample. I modelli U1082A e U1071A dispongono invece di convertitore Adc a 8-bit con capacità di campionamento fino a 2 Gsps e ampiezza di banda in ingresso di 1 GHz; la capacità di memoria locale è di fino a 48 MByte per il U1082A e 256 Msample per il U1071A. Il primo dispone di Fpga riprogrammabile per funzionalità di elaborazione dati in tempo reale mentre il secondo modello supporta acquisizione e read-out simultaneo per consentire lo streaming dei campioni verso la memoria del sistema host. Risoluzione di 8 bit, frequenza di campionamento di fino a 4 Gsps, banda di ingresso di 1,5 GHz, memoria locale da 512 Mbyte sono invece le caratteristiche principali della scheda U1084A. Anche in questo caso sono presenti funzionalità di elaborazione in tempo reale e supporto per acquisizione e read-out simultaneo. Le schede Agilent/Acqiris sono corredate da driver per Windows e Linux e, per alcuni modelli, anche VxWorks e LabView RT; sono inoltre disponibili codici applicativi di esempio per Matlab, C/C++, Visual Basic, LabView, e LabWindows/Cvi.

National Instruments
Limitando, come detto, l'attenzione alle sole schede per Pc, presso National Instrument troviamo, tra gli altri, i modelli PCI-5122 e NI PCI-5142 che si caratterizzano per la disponibilità a bordo di 2 canali con risoluzione di 14-bit, frequenza di campionamento di 100 Msps e banda analogica di ingresso di 100 MHz. Il PCI-5142 dispone di funzionalità di elaborazione a bordo come Ddc (Digital down conversion) o decimazione di banda di base. L'intervallo di tensione di ingresso è da -10V a +10 V, l'impedenza selezionabile tra 50 Ω e 1 MΩ mentre la capacità di memoria locale è di 256 Mbyte per canale. 12 bit, 250 Msps, 150 MHz di banda sono invece le specifiche della scheda (per il resto simile) PCI-5124. Se si è invece interessati alle applicazioni a bassa frequenza di campionamento ma elevata risoluzione, troviamo la PCI-5922; la scheda è in grado di campionare i 2 canali di ingresso a 24-bit e 15 Msps. 256 Mbyte per canale è la capacità di memoria, da -5V a +5V l'intervallo di tensione accettato in ingresso (con una banda analogica di 6 MHz). Nel segmento di applicazioni high-speed si posizionano al contrario le schede PCI-5152/5153/5154, dotate di 2 canali con Adc a 8 bit/2 Gsps; i modelli si differenziano per la banda di ingresso che varia da 300 MHz a 1 GHz. Tutte le schede NI sono corredate di driver per Windows e LabVew Real time; alcuni modelli (come la PCI-5122) sono supportati pure sotto Linux.

Gage Applied
Gage dispone di digitizer a 8, 12, 14 e 16 bit. Nel primo caso sono disponibili modelli con frequenza di campionamento 500 Msps (modello Base-8), 2 Gsps (modello Cobra) e 4 Gsps. Il modello Base-8 ha, di base, 1 canale di acquisizione; le schede Cobra e CobraMax dispongono invece di 2 ingressi. L'accoppiamento in ingresso è, in tutti i casi, di tipo Ac o Dc con impedenza di 50 Ω; la dinamica di ingresso è selezionabile in diversi intervalli da ±50 mV a ±5 V. La capacità di memoria a bordo è compresa tra 256 Msample e 4 Gsample. Le schede sono disponibili con connettività Pci con trasferimento dati sostenuto fino a 200 Mbyte/s; il solo modello Cobra può essere fornito con interfaccia PCIe. Caratteristiche simili sono presenti pure nei modelli con risoluzione di campionamento 12 e 14 bit. Nel primo caso, troviamo schede con campionamento da 100 Msps (e fino a 8 canali in ingresso) a 2 Gsps, nel secondo da 100 Msps a 200 Msps (entrambi i modelli con fino a 4 canali). Nel settore invece dei digitizer ad elevata risoluzione (16 bit), la serie Octopus supporta campionamento fino a 25 Msps, quella Oscar-16 fino a 100 Msps e la Razor-16 fino a 200 Msps. All'interno di quest'ultima, in particolare, sono disponibili modelli con fino a 4 canali campionati simultaneamente e fino a 16 Gsamples di capacità di memoria a bordo. GageScope è l'applicativo nativo con funzionalità di oscilloscopio che supporta le schede digitizer della Gag. Per lo sviluppo di applicazioni proprie sono invece disponibili Sdk per C/C++, LabVew e Matlab.

Alazar Tech
Digitizer in formato Pci e PCIe sono disponibili pure presso Alazar Tech. Nel primo caso sono disponibili schede nelle configurazioni 8 bit/50 Msps (ATS850), 8 bit/250 Msps (ATS860), 12 bit/20 Msps (ATS310), 12 bit/50 Msps (ATS330), 14 bit 125 Msps (ATS460), 16 bit/125 Msps (ATS660). Tutte supportano 2 canali di acquisizione con attenuazione programmabile così da consentire l'acquisizione a massima risoluzione di diverse tipologie di segnale, caratterizzata da dinamiche di poche decine di mV o di fino a ± 20V; la memoria locale, a seconda del modello, varia da 256 Ksamples a 16 o 128 Msamples. Nell'ambito invece delle schede PCIe le prestazioni variano dai 16 bit/180 Msps della ATS9462 ai 12 bit/1,8 Gsps della ATS9360. Il numero di canali per scheda è 2. La connettività host è di tipo 4x o 8x Gen 2, con trasferimento dati (nel secondo caso) fino a 3,5 Gbytes/s; è supportato trasferimento dati in streaming continuo. Per il modelli a 1,8 Gsps l'intervallo di ingesso è fisso e pari a ±400 mV; per le versioni sotto 1 Gsps, invece, è possibile configurare la scheda per accettare segnali con diverse dinamiche da ±40 mV a (a seconda dei modelli) ±4V o ±16V. La capacità di memoria a bordo è fino a 2 Gsamples. Tutte le schede sono supportate dal software proprietario AlazarSdo (disponibile per Windows e Linux) con funzionalità di emulazione di un oscilloscopio; l'utente può espandere queste mediante sviluppo di plug-in Dll. Sono inoltre disponibili anche Sdk dedicati per lo sviluppo di applicazioni proprie sotto Linux, Matlab e LabView

Signatec
PDA16 è la serie di digitizer per Pc per applicazioni middle-range disponibile presso Signatec. Supporta applicazioni con fino a 2 canali di acquisizione, risoluzione di 16-bit e frequenza di campionamento fino a 160 MHz, con banda di ingresso analogica compresa tra 100 KHz e 700 MHz ed accoppiamento di tipo Ac (eventualmente mediante trasformatore) Dc. Le schede sono disponibili in formato Pci (modello PAD16-133) con capacità di trasferimento dati sostenuto verso l'host di 266 MByte/s su bus a 64 bit o Pci-X (modello PDA16-X66/100) che arriva invece a garantire una banda di trasferimento dati di fino a 640 Mbyte/s. Sono supportati 6 diversi intervalli di tensione di ingresso con fondo scala tra 267 mV e 2.5 V. La capacità di memoria a bordo è fino a 512 Mbyte; è inoltre disponibile Fpga Xilinx della serie Virtex4-FX per elaborazione dati custom in tempo reale. Per applicazioni high-end sono invece disponibili le schede in formato PX14400A. Tutti i modelli dispongono di 2 canali di ingresso con accoppiamento, a seconda dei modelli Ac e Dc e di capacità di memoria compresa tra 512 Mbyte e 2 Gbyte; hanno formato PCIe con connettività host di tipo 8x che assicura trasferimento dati sostenuto fino a 1GByte/s. La PX14400A impiega convertitore Adc a 14-bit/400 Msps mentre la PX12500A ha risoluzione di 12 bit ma frequenza di campionamento fino a 500 Msps. 8 bit è invece la risoluzione per i modelli della serie PX1500. La versione PX1500-4 supporta campionamento fino a 3 Gsps ma può anche essere configurata come una scheda a 4 canali a 1,5 Gsps ognuno; la PX1500-2 lavora invece fino a 1,5 Gsps per canale o, allo stesso modo, 3 Gsps in modalità interleaved su singolo canale. La banda analogica di ingresso si estende da 5 MHz a 2 GHz. La scheda è basata su Fpga Virtex-5 LX il cui progetto può essere modificato per introdurvi blocchi di elaborazione dati proprietari; in alternativa la scheda rende disponibile una Fpga Virtex-5 SX accessoria per applicazioni Dsp intensive. Anche presso Signatec, come ovvio, sono disponibili i driver per le proprie schede per Windows e Linux oltre a esempi di riferimenti in linguaggio C e un applicativo precompilato per applicazioni di acquisizione e visualizzazione di segnale.

Z-tec
Presso Z-tec troviamo sia modelli low-end come il ZT410 (che si caratterizza per risoluzione di 16 bit e frequenza di campionamento di 400 MHz) che soluzioni ad elevate prestazione, come la scheda ZT4610 (che dispone invece di Adc a 8 bit/ 4 Gsps con banda analogica di ingresso di 1 GHz). In mezzo a queste, ci sono poi i modelli da 12-bit/200 Msps (ZT430), 14 bit/800 MHz (ZT4440) o 12 bit/ 1 Gsps (ZT4420). Tutti i modelli dispongono di 2 canali di ingresso, operabili in modalità interleaved. L'interfaccia host è di tipi Pci con data rate sostenuto massimo fino a 120 Mbyte/s. la capacità di memoria varia, a seconda dei modelli, da 4 Msamples a 512 Msamples. Analogamente il range di tensione di ingresso è tipicamente fino a 2 V per i modelli direct path ma può arrivare anche a 400 Vpp nelle versioni high voltage; per alcune configurazione è anche disponibile la versione con ingresso differenziale. Per tutti i modelli sono disponibili i driver per C/C++ e LabView, oltre che il supporto per il software proprietario interattivo ZScope, al solito dotato di tutte le tipiche funzionalità di un oscilloscopio.

ADLink
Schede a basso costo per applicazioni di base di misura sono disponibili pure presso ADLink. Compatibili con i formati Pci e PCIe 1x, le schede sono disponibili in diversi modelli con risoluzione compresa tra 12 e 16 bit, frequenza di campionamento da 250 Ksps a 3 Msps e fino a 32 canali differenziali (altrimenti configurabili come 64 canali single-ended). L'intervallo di tensione supportato dal convertitore A/D è tipicamente compreso tra 0V e +10V (in modalità unipolare) ma in molti casi vi è la possibilità di programmare uno stadio di guadagno a monte (così da campionare a risoluzione massima anche segnali con dinamica meno ampia). Per applicazioni a bassa frequenza di campionamento ma ad elevata risoluzione si segnala il modello PCI-9527 che dispone di 2 canali Adc a 24-bit/430 Ksps con intervallo di ingresso programmabile fino a ±40V e accoppiamento selezionabile a software di tipo Ac o Dc. Se si guarda invece l'offerta delle schede a più elevate prestazioni, troviamo le schede PCI-9816/9826/9846, PCI-9820, PCI-9812/9810 e PCIe-9842. Le PCI-9816/9826/9846 dispongono di 4 canali Adc a 16-bit, campionamento fino a 40 Msps per canale, 512 Mbyte di memoria on-board, impedenza di ingresso selezionabile tra 50 Ω e 1 MΩ, intervallo di tensione supportata programmabile tra ±1 V, ±0.2 V e ±5V. 2 canali, 14 bit di risoluzione e 65 Msps sono invece le prestazioni offerte dalla PCI-9820 mentre la PCI-9812/9810 dispone di 4 canali campionati con 4 catene di conversione indipendenti, con risoluzione di 10/12 bit e frequenza di 20 Msps. A 200 Msps, con 14 bit di risoluzione, arriva invece la scheda PCIe-9842 dotata di connettività host di tipo PCIe 4x; è disponibile però in questo caso un solo canale con accoppiamento in DC a 50 Ω, banda analogica di 100 MHz e intervallo di tensione da -1V a + 1V. Come per tutti gli altri modelli visti in precedenza anche per le schede ADLink sono disponibili driver per Windows e Linux e per ambienti di sviluppo di terze parti come LabView, Matlab e VisualStudio. AD-Logger è invece l'applicativo proprietario fornito con le funzioni tipiche di acquisizione e registrazione di segnale.