X-Stream: l’architettura per i DSO della prossima generazione

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Innovazione tecnologica, eccellenti specifiche, grandi potenzialità per sviluppi futuri: questa la fotografia di WaveMaster, la nuova serie di oscilloscopi digitali di recente introdotta da LeCroy. Al momento la linea risulta composta da due strumenti: mod. 8500 e mod. 8300.
La versione di punta, 8500, è un DSO a 4 canali con ampiezza di banda di 5 GHz e velocità di campionamento di 10 GS/s, con memoria standard di profondità pari a 500 kpts sui quattro canali (con possibilità di arrivare fino a 24 Mpts/canale).
La parola chiave di questa nuova linea è X-Stream: si tratta di un’architettura che sfrutta il concetto di streaming per la gestione e l’analisi dei dati che vengono acquisiti da un oscilloscopio digitale. Questa tecnologia garantisce un elevato throughput anche quando lo strumento sta eseguendo misure complesse, con vantaggi di tutto rispetto: estrema accuratezza nella misura delle caratteristiche del segnale e possibilità di individuare i problemi quasi impercettibili sempre più frequenti nei circuiti attuali, che operano a frequenze di parecchi gigahertz.
L’architettura X-Stream è schematizzata nella figura 1: Il front end è rappresentato dall’amplificatore in silicio germanio a 5 GHz, seguito da convertitori A/D di tipo flash (sempre realizzati in silicio germanio) che “inseguono” il segnale entrante e lo digitalizzano a una velocità di campionamento di 10 GS/s su ciascuno dei quattro canali di ingresso. A questo punto i dati vengono trasferiti all’interno di chip di memoria in architettura CMOS in grado di supportare una velocità di trasferimento dati di 10 GS/s. La memoria di acquisizione, che è stata realizzata a partire da un design proprietario di LeCroy, è in grado di eseguire numerose operazioni tra cui la pacchettizzazione dei dati provenienti dal convertitore A/D e il trasferimento di questi pacchetti in modalità streaming in tempo reale attraverso un bus dati a elevata velocità direttamente nella memoria cache presente a bordo della scheda CPU.
Le operazioni di caricamento e di esecuzione delle istruzioni e dei calcoli, se svolte direttamente nella cache, avvengono a una velocità superiore fino a due ordini di grandezza rispetto a quanto possibile negli oscilloscopi tradizionali, in cui le operazioni vengono eseguite sui dati memorizzati nella RAM.
Una volta che il primo lotto di dati arriva alla CPU, è possibile attivare una vasta gamma di routine di visualizzazione, misura e analisi.
Il punto centrale della tecnologia X-Stream è dunque questo: la parte iniziale di una forma d’onda lunga e complessa può essere analizzata dalla CPU mentre la parte restante del segnale è ancora in viaggio all’interno dell’architettura.
In questo modo viene eliminato il classico compromesso tra lunghezza di registrazione e velocità di elaborazione con vantaggi di tutto rispetto: “in primis” la possibilità di eseguire l’analisi della forma d’onda con un incremento di un fattore pari a 10.

Maggiori dettagli nell’acquisizione dati

Accade spesso che si voglia osservare, con un oscilloscopio a quattro canali, solo uno o due segnali. In questo caso WaveMaster raddoppia non solo la velocità di campionamento (che arriva dunque a 20 GS/s), ma anche la lunghezza della memoria di acquisizione. Di serie il modello WaveMaster 8500 mette a disposizione una memoria standard di 500 kpts/canale, con opzioni di 2, 8, 16 e 24 Mpts per canale.
Quando si utilizzano due canali, è disponibile una profondità di memoria di 48 Mpts, particolarmente utile per registrazioni single shot più lunghe.
Basso rumore ed elevata accuratezza di campionamento sono altre due caratteristiche chiave di questo nuovo strumento.
Sorgenti di temporizzazione con jitter inferiore a 1 ps su un intervallo di 1 ms e basso jitter di trigger (2 ps max) assicurano un’accurata acquisizione dei punti di campionamento, facendo di WaveMaster lo strumento ideale per eseguire analisi e misure di temporizzazione estremamente precise e accurate su segnali di dati e clock a elevata velocità. Per dare la possibilità di acquisire esattamente l’evento di interesse viene fornita un’ampia scelta in termini di modalità di trigger (da notare che anche l’integrato di trigger, al pari degli amplificatori e del convertitore A/D è realizzato in tecnologia silicio-germanio, ed è l’unico al momento disponibile che può vantare un’ampiezza di banda di trigger di 5 GHz). Un caratteristica da evidenziare è la possibilità di eseguire il trigger su glitch e ampiezze degli impulsi di durata pari a 600 ps.

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