Tecnologie brevettate UltraVision per migliorare l’analisi del segnale

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Le tecnologie UltraVision di Rigol si basano sull’interazione tra hardware specializzato e software intelligente. I dati sottoposti a conversione analogico-digitale vengono gestiti da un controller di campionamento hardware. La memoria è collegata direttamente al controller, così i dati sono salvati senza caricare la CPU. Ogni azione da elaborare tramite la CPU estende il cosiddetto “tempo morto” e riduce la velocità di cattura delle forme d’onda. La stampa delle forme d’onda sul display avviene grazie ad un apposito plotter, sempre senza aumentare il carico della CPU.

Funzioni centrali saldamente ancorate all’hardware

Per alleggerire ulteriormente la CPU, l’hardware si occupa anche di altre funzioni, tra cui il triggering, il test pass/fail e la registrazione delle forme d’onda. L’obiettivo è massimizzare la velocità di acquisizione delle forme d’onda. Per sfruttare al massimo questa elevata velocità di ripetizione delle forme d’onda, lo strumento è dotato di un display a intensità variabile. Sullo schermo le varie forme d’onda risultano sovrapposte. L’intensità viene scelta in base alla frequenza di comparsa, quindi i segnali sporadici sono visualizzati con un’intensità minore. Grazie alle 256 gradazioni disponibili è possibile vedere, in un’unica schermata, con quanta frequenza si verificano errori o anomalie.

Un’altra importante caratteristica del chipset UltraVision è la memoria che consente di mantenere la velocità di campionamento massima soprattutto in impostazioni tempo/divisione più lunghe. Grazie a questa caratteristica è possibile acquisire periodi di tempo più lunghi senza perdere nessun dettaglio del segnale.

Fa parte delle tecnologie UltraVision anche la cosiddetta funzione di registrazione che combina il triggering intelligente con un’efficiente memorizzazione dei dati. Il segnale acquisito viene salvato in singoli segmenti della memoria, il che consente di memorizzare solo gli eventi più importanti e interessanti e non tutti i dati (poco interessanti).

Per quale motivo la velocità di cattura dei segnali è un parametro così importante? La risposta è nella tecnologia degli oscilloscopi digitali. Quando gli oscilloscopi erano solo analogici, questa caratteristica era per lo più sconosciuta o irrilevante perché con “tempo morto” si intendeva solo il breve momento in cui il fascio elettronico torna da destra a sinistra. Con l’avvento dell’oscilloscopio digitale, il “tempo morto” è stato allungato per non perdere più nulla. La percentuale di tempo in cui “non vediamo” può arrivare al 99,9%, il che significa che abbiamo solo lo 0,1% di tempo in cui effettivamente riusciamo a vedere. La causa non è più il tempo di ritorno del fascio elettronico, bensì il tempo di elaborazione o post-elaborazione dei dati. Con l’uso di processori con prestazioni maggiori, tutti i produttori di oscilloscopi devono combattere contro il “tempo morto” del sistema: a questo proposito Rigol ha messo in campo il chipset UltraVision.

Di seguito sarà descritto in modo approfondito quale vantaggio offra una velocità di cattura delle forme d’onda più elevata. Sarà preso come esempio un segnale con un glitch poco ripetitivo. L’errore si verifica 10 volte al secondo. Il segnale sarà acquisito con due diverse velocità di cattura.

Per poter confrontare i due risultati, viene rilevato il tempo che ogni oscilloscopio impiega a individuare l’errore sporadico. Si prenda, ad esempio, una velocità di cattura di 10.000 wfm/sec e, sul secondo, una velocità di cattura dieci volte più elevata: il tempo impiegato per vedere l’errore almeno una volta varia nei due casi di almeno dieci volte.

Gli errori possono essere individuati e analizzati più velocemente

Nelle applicazioni reali una velocità di acquisizione delle forme d’onda più elevata può offrire due vantaggi importanti. Innanzi tutto si devono poter vedere l’anomalia o l’errore. In secondo luogo si deve ridurre nettamente il tempo di prova o di misurazione perché, come tutti sanno, il tempo è denaro.

L’intera funzione è supportata dal display con 256 livelli di intensità sul quale i segnali meno frequenti risultano meno evidenti.

Ma l’UltraVision di Rigol offre molto di più. Tutti gli oscilloscopi dotati di questa tecnologia possiedono una memoria profonda. Ma quale vantaggio offre all’utente una memoria di questo tipo? Per poter rispondere a questa domanda, si deve esaminare la relazione matematica esistente tra la velocità di campionamento, la base temporale e la memoria:

Trasformandola si ottiene la seguente formula:

Una memoria più estesa per eseguire misurazioni più precise

La prima parte della formula è uguale al tempo visualizzato sullo schermo. Dalla formula si può evincere la seguente correlazione: per poter acquisire dati in un arco di tempo più lungo con la velocità di campionamento massima occorre avere più memoria.

L’esempio qui accanto mostra il vantaggio offerto da una memoria maggiore. Il segnale da testare è un treno d’impulsi con 8 burst. La distanza tra i burst è di 8 msec. La forma di ogni burst è indicata nel grafico.

Per catturare gli otto burst in una volta sola, è necessario impostare il tempo totale visualizzato ad almeno 64 msec. In base all’impostazione tempo/divisione e al numero di divisioni, scegliamo 5 msec/div. Con le 14 divisioni del nostro oscilloscopio arriviamo a un tempo totale di 70 msec.

Nella fase successiva viene eseguita l’acquisizione due volte. La prima volta si usa una profondità di memoria di 1,4MPts, mentre la seconda volta viene utilizzata una profondità di 140MPts. Ora si esaminerà la forma di un impulso del treno usando la funzione zoom.

Risultato: nella misurazione, con una memoria più piccola la velocità di campionamento viene ridotta (a 12,5 MS/sec). Osservando il burst acquisito, si nota che sono state perse delle informazioni perché il tempo tra le campionature si è allungato e i dettagli non sono più visibili.

Osservando la misurazione con la memoria massima si nota che la velocità di campionamento massima è ridotta solamente di un fattore di due (a 2GS/sec). Da un esame approfondito del burst si vede che la forma originale può essere riprodotta.

Oltre alla memoria profonda, l’oscilloscopio Rigol offre anche la funzione di registrazione che si usa per analizzare segnali e/o bus seriali.

In cosa consiste la funzione di registrazione? A prima vista sembrerebbe un altro modo per memorizzare segnali, in realtà è molto di più. Insieme alle funzioni di triggering trasforma l’oscilloscopio in uno strumento di analisi molto potente. È possibile usufruire anche di una gestione della memoria ottimizzata che consente, ad esempio, di memorizzare solo le parti importanti del segnale, evitando di sprecare spazio nella memoria.

Si prenda nuovamente come esempio il treno di impulsi esaminato prima. Con le impostazioni adeguate si attiva un trigger sul burst. La base temporale può essere regolata su un valore inferiore. Nella memoria vengono salvati solo i dati relativi all’evento trigger e non il tempo tra un impulso e l’altro (8 msec) in cui non accade niente.

Un’altra applicazione interessante è la combinazione tra la funzione di registrazione e la decodifica di bus seriali. Si prenda, ad esempio, il bus I2C con più di tre utenti. L’obiettivo consiste nell’analizzare un solo slave (lettura e scrittura). In questo caso Rigol offre una soluzione semplice: trigger per bus seriali e funzione di registrazione.

La prima funzione viene impostata per attivare un trigger sull’indirizzo dell’utente da monitorare. In seguito si attiva la funzione di registrazione. Successivamente vengono memorizzati solo i messaggi da e verso l’indirizzo selezionato. Una volta terminata la registrazione è possibile esaminare ogni singolo messaggio memorizzato per controllare che tutto sia in ordine. Inoltre solo i messaggi salvati possono essere riprodotti automaticamente con un ritardo tra un messaggio e l’altro e quindi esaminati.

Nella sua veste di produttore, Rigol si occupa anche dello sviluppo e della distribuzione dello standard LXI (LAN eXtensions for Instrumentation) che prevede specifiche e soluzioni che permettono di collegare gli strumenti e i sistemi di misura alla LAN. Rigol è uno ‘Strategic Member’ del Consorzio LXI il cui obiettivo è promuovere e sostenere lo standard. Lo status di ‘Strategic Member’ è il livello di affiliazione più elevato e prevede anche un posto nel consiglio di amministrazione di questa organizzazione no-profit.

info-europe@rigoltech.com

Thomas Rottach, application engineer, Rigol Technologies EU GmbH

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