Nové modely, nové sondy: společnost Rohde & Schwarz pokračuje v systematickém rozšiřování portfolia svých osciloskopů, které nabízejí nové kmitočtové rozsahy a aplikace v oblasti vývoje, servisu a výroby.
Osciloskop Rohde & Schwarz R&S RTO
Osciloskopy R&S® RTO sdružují v přístroji kompaktního formátu vysokou přesnost měření, vysokou rychlost měření a výkonné analyzační možnosti. Společnost Rohde & Schwarz nyní rozšiřuje modelovou řadu osciloskopů o nové produkty: dva modely s šířkou pásma 600 MHz se dvěma nebo čtyřmi kanály, které jsou určeny pro univerzální použití v laboratořích, kde důležitou roli hrají vysoká citlivost, vysoká rychlost sběru dat a rozsáhlá paleta analyzačních nástrojů. Nový čtyřkanálový model s šířkou pásma 4 GHz byl navržen tak, aby vyhovoval požadavkům na velké šířky pásma potřebné při vývoji digitálních, analogových a vf obvodů, a je ideálním řešením pro oblast základního výzkumu, lékařské techniky, automobilové techniky a vývoje vf čipových sad.
Obr. 1: Osciloskopy R&S® RTO nabízejí plnou šířku pásma měření, dokonce i při vysoké vstupní vertikální citlivosti až 1 mV/div.
Vstupní díly osciloskopů musejí být vybaveny nízkošumovými zesilovači, aby bylo možné měřit signály s nízkými úrovněmi. Model s šířkou pásma 4 GHz nabízí specifikované šumové napětí < 240 µV na nejmenším vertikálním rozsahu (1 mV/div). Protože šum závisí také na šířce přenášeného pásma, sníží se odpovídajícím způsobem šumové napětí modelu do 600MHz na < 80 μV. Tyto vynikající parametry umožňují osciloskopům R&S® RTO měřit s plnou šířkou pásma i na nejmenších vertikálních rozsazích. Ostatní osciloskopy dostupné na trhu musejí na rozsazích menších než 10 mV/div omezovat šířku pásma, aby zaručily, že šum průběhu zůstane nízký (obr. 1).
Další unikátní vlastností osciloskopů R&S® RTO je vysoká rychlost sběru a analýzy dat až 1 milion průběhů za sekundu. Také model s šířkou pásma 4 GHz dosahuje tak vysokých rychlostí, a to díky integrovanému, extrémně výkonnému obvodu ASIC (Application Specific Integrated Circuit): osmibitové A/D převodníky vzorkující maximální rychlostí 20 Gvzorků/s poskytují data rychlostí 160 Gb/s, která pak musí obvod ASIC zpracovat a zapsat do paměti.
Osciloskopy jsou nepostradatelné při hledání a odstraňování chyb jak při vývoji, tak při servisu. Proto musejí být schopny sledovat signál co nejčastěji, aby detekovaly i sporadické chyby. Vysokou rychlost sběru dat, které osciloskopy R&S® RTO dosahují, lze plně využít také pro analyzační funkce, jako jsou histogram a testy překročení toleranční masky.
Analýza v kmitočtové oblasti poskytuje, v porovnání s analýzou v časové oblasti, dodatečné informace o spektrálním složení měřeného signálu. To může být užitečné, například pro identifikaci rušících složek a zdrojů rušení.
Mnoho osciloskopů, které jsou v současnosti na trhu, může konvertovat průběhy z časové do kmitočtové domény s využitím FFT (Fast Fourier Transform – rychlá Fourierova transformace). Výhodou osciloskopů R&S® RTO je to, že výpočty jsou podporovány hardwarově: objem dat použitých pro výpočet FFT je zmenšován digitální konverzí. Výslednou vyšší rychlost zpracování lze s výhodou využít pro detekci a analýzu rychlých změn signálů, sporadických rušivých signálů a slabých superponovaných signálů.
Obr. 2: Velký dynamický rozsah osciloskopů R&S® RTO umožňuje v kmitočtové doméně detekovat dokonce i signály s úrovní až -100 dBm.
Nízkošumový vstupní díl a přesné A/D převodníky osciloskopů R&S® RTO jsou výhodné zejména při analýze signálů s nízkou úrovní. Převodníky zaručují vynikající dynamický rozsah, vyšší než 7 bitů (ENOB), který lze plně využít až do kmitočtu 4 GHz (obr. 2).
Činnost v režimu FFT vychází ze snadno použitelné a srozumitelné koncepce činnosti spektrálního analyzátoru. Celá řada doplňkových nástrojů, kterými je funkce FFT vybavena, například až čtyři FFT na různých částech průběhu v časové oblasti, automatická měření nebo testy překročení toleranční masky ve spektru, z ní činí výkonný nástroj pro odstraňování chyb a analýzu signálu.
Rostoucí integrace různých technologií, tj. vložených obvodů, dříve vyžadovala použití různých měřicích a testovacích přístrojů. Kromě analogových kanálů osciloskopu, které slouží pro zobrazení signálů v časové oblasti a pro zobrazení spektra FFT vf signálů, jsou často požadovány i doplňkové kanály pro logickou analýzu digitálních dat. Stejně tak důležitá je i schopnost dekódovat data na sériových programovacích a datových rozhraních, jako jsou I2C, SPI, CAN, LIN, RS232, FlexRay a další.
Obr. 3: Příklad přepínání kmitočtu napětím řízeného oscilátoru (VCO): Osciloskopy R&S® RTO podporují synchronní měření na vstupu a výstupu VCO a na řídící lince SPI. Ke spouštění slouží datové slovo SPI, které se zazanmenáváí s yvužitím digitálních kanálů. Na vf signálu se provádějí různé hradlované funkce FFT (modrý průběh).nabízejí plnou š.
Společnost Rohde & Schwarz implementovala všechny tyto rozmanité funkce do svých osciloskopů řady R&S® RTO. To zjednodušuje analýzu dat v jakémkoliv obvodu a umožňuje synchronní měření na analogových, digitálních a vf signálech. Doplněk R&S® RTO-B1 pro smíšené signály doplňuje modely R&S® RTO o 16 digitálních kanálů pro logickou analýzu. Softwarové doplňky R&S® RTO-K1 až R&S® RTO-K4 doplňují osciloskop o dekódování a spouštění daty protokolu sériové sběrnice (například I2C, SPI, RS-232 nebo CAN/LIN) v analogových a digitálních kanálech.
Na obrázku 3 je uveden příklad měření na napětím řízeném oscilátoru (VCO – Voltage Controlled Oscillator) programovaném s využitím SPI, jehož kmitočet se mění z 825 MHz na 845 MHz. Analýza chování oscilátoru při přepínání je s osciloskopem R&S® RTO opravdu snadná. Využívá se spouštění odpovídajícím datovým slovem na sběrnici SPI (například s využitím připojených digitálních kanálů osciloskopu) a analogovými kanály osciloskopu se sledují přechodové jevy vf signálu. Funkce FFT umožňuje vyhodnocovat současně různé kmitočty v různých časových okamžicích na signálu v časové doméně. Řídicí napětí VCO lze zobrazit s využitím doplňkového analogového kanálu.
Obr. 4: Kmitočtová charakteristika samotného 4GHz modelu R&S® RTO (zelená) a kmitočtová charakteristika tohoto osciloskoúu s 4,5FHz sondou R&S® RT-ZD40 (modrá).
Narůstající využívání rychlých sériových rozhraní vyvolává stále větší potřeba používat správné testovací a měřicí vybavení. Jedním z hlavních úkolů je měření diferenciálních signálů a signálů vzhledem k zemnímu potenciálu. Například přechodové hrany diferenciálních hodinových signálů musí být přesně přiřazeny, aby byly získány naměřené hodnoty, které odpovídají chování diferenciálního signálu v obvodu. Toho nelze dosáhnout dvěma jednohrotovými sondami. Měření diferenciálních signálů s typicky nízkou amplitudou vyžaduje také velký dynamický rozsah a minimální zátěž v měřeném bodě zkoušeného zařízení.
Diferenciální sondy vyvinuté pro osciloskopy R&S® RTO jsou pro takové úlohy ideální. Diferenciální sonda R&S® RT-ZD40 má horní mezní kmitočet 4,5 GHz. S osciloskopem s kmitočtovým rozsahem do 4 GHz nabízejí neměnnou šířku pásma systému 4 GHz (obr. 4).
Sondy Rohde & Schwarz mají velmi malý šum (typicky 3 mV) a extrémně velký dynamický rozsah, který umožňuje přesná měření i slabých signálů. Dynamický rozsah sond, který je ±5 V, brání vzniku zkreslení, a proto je lze použít i pro měření rychle se měnících signálů s velkou amplitudou (např. na jednopólových rozhraních pamětí). Vstupní impedance 1 MΩ stejnosměrně vázaného vstupu a malá vstupní kapacita (0,4 pF u sondy R&S® RT-ZD40) zaručují minimální zatížení zkoušeného zařízení.
Obr. 5: Nezávislá měření stejnosměrných napětí v diferenciálním a soufázovém režimu s využitím funkce R&S® ProbeMeter na sondě R&S® RT-ZD (diferenciální hodinový signál s napětím Ucom = 1,318 V a Udiff = 350mV).
Podobně jako jednohrotové sondy R&S® RT-ZS mají i tyto sondy na držáku mikrotlačítko, které umožňuje snadné ovládání osciloskopu ze sondy. Mikrotlačítku lze přiřadit různé funkce, například Run/Stop (Spustit/Zastavit měření), Autoset (Automatické nastavení) nebo Save Image (Uložit stav obrazovky). Držák sondy také obsahuje funkci R&S® ProbeMeter, která určuje velikost stejnosměrného napětí v soufázovém režimu a diferenciální napětí bez ohledu na nastavení základní jednotky. To je poprvé, co diferenciální sonda umožňuje určit pracovní bod v soufázovém režimu v průběhu diferenciálních měření (obr. 5).
Obr. 6: Proudová sonda R&S® RT-ZC20 pro špičkové proudy až 50 A a s šířkou pásma 100 MHz.
Novým doplňkem v portfoliu výrobků společnosti Rohde & Schwarz jsou proudové sondy pro přímá měření stejnosměrných a střídavých proudů v signálových vodičích. Osciloskopy R&S® RTO mohou s využitím těchto sond měřit například výkony ve spínaných napájecích zdrojích. Proudové sondy R&S® RT-ZC10 a R&S® RT-ZC20 mají maximální špičkový proud 500 A, resp. 50 A. Proudová sonda R&S® RT-ZC20 (obr. 6) má šířku pásma 100 MHz a šumové pozadí 2,5 mA (ef. hodnota). Proudová sonda R&S® RT-ZC10 má šířku pásma 10 MHz a šumové pozadí 25 mA (ef. hodnota).
Guido Schulze
Více informací o osciloskopech Rohde & Schwarz naleznete na www.rohde-schwarz.cz nebo u společnosti Rohde&Schwarz-Praha, s.r.o.