Różnorodność współczesnych urządzeń elektronicznych jest tak duża, że do uruchamiania i serwisowania wymagają zwykle wielu specjalistycznych przyrządów pomiarowych. W telekomunikacji nieodzowny jest na przykład analizator widma, ale równie często nie sposób obejść się bez dobrego oscyloskopu cyfrowego. Spostrzeżenie to prowadzi do niby prostego wniosku: należy zintegrować oba przyrządy w jednym, a jednak żaden producent oprócz firmy Tektronix jeszcze na to nie wpadł, lub nie zdążył do tej pory zrealizować takiego pomysłu.
Łączność bezprzewodowa jest w ostatnim czasie stosowana tak powszechnie, że coraz częściej nie mogą się bez niej obyć nawet najprostsze urządzenia elektroniczne. Obecność modemów wireless narzuca konieczność wykonywania pomiarów RF na etapie projektowania, produkcji, jak i serwisowania. Wykorzystywane do tego analizatory widma nie zapewniają jednak kompleksowego sprawdzenia urządzeń, bowiem oprócz toru radiowego w urządzeniach tych są również stosowane bloki elektroniki analogowej oraz cyfrowej, często wspomaganej procesorami DSP. Schemat typowego modemu bezprzewodowego przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Schemat typowego modemu bezprzewodowego
Integracja funkcji analizatora widma i oscyloskopu cyfrowego w jednym przyrządzie zaproponowana przez firmę Tektronix w oscyloskopach rodziny MDO4000 (Mixed Domain Oscilloscope) może znacznie usprawnić badanie urządzeń, a co równie ważne, zmniejszyć nakłady na aparaturę pomiarową ponoszone przez producentów i serwisantów urządzeń elektronicznych. Bez większego ryzyka można zakwalifikować przyjęte w MDO4000 rozwiązania jako rewolucyjne.
Dysponowanie zwykłym analizatorem widma wbrew pozorom nie rozwiązuje wielu zagadnień związanych z pomiarami RF. Obecnie stosowane w bezprzewodowych środkach łączności rodzaje modulacji wykorzystują powszechnie pracę z widmem rozproszonym. W urządzeniach takich widmo sygnału RF nie jest stałe w czasie. Do jego badania nie nadają się zwykłe analizatory widma z przemiataniem częstotliwości, należy sięgać po wektorowe analizatory sygnałów. Spotkane są niekiedy software’owe dodatki do oscyloskopów umożliwiające badanie zmiennych w czasie sygnałów RF, ale rozwiązania takie należy traktować jedynie jako półśrodek. Nie pozwalają one na przykład bezpośrednio mierzyć częstotliwości nośnej, charakteryzują się ograniczoną dynamiką, która może wprowadzać błędną interpretację wyników pomiarów. Dodatkowym czynnikiem wprowadzającym błąd jest brak w takich rozwiązaniach jednej podstawy czasu dla wszystkich rodzajów pomiarów (analogowych, cyfrowych i RF).
Najważniejszą cechą oscyloskopu typu mixed domain jest to, że można nim prowadzić skorelowane w czasie pomiary sygnału RF zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Dodatkową zaletą jest możliwość mierzenia sygnałów każdej postaci, a więc analogowych, cyfrowych i RF. Co to oznacza?
Korelacja czasowa to zdolność do określania wzajemnych relacji czasowych pomiędzy sygnałami doprowadzonymi do wszystkich wejść oscyloskopu. Dzięki niej można na przykład mierzyć opóźnienie pomiędzy pojawieniem się sygnału sterującego a wygenerowaniem fali nośnej przez nadajnik radiowy, mierzyć czas narastania amplitudy sygnału radiowego itp.
Pomiary w dziedzinie czasu są charakterystyczne dla każdego oscyloskopu. Korzystając z nich można określać czasy narastania sygnałów, identyfikować dane przesyłane magistralami, ale także określać zmieniające się w czasie parametry sygnału RF, takie jak: amplituda, częstotliwość, faza.
Pomiary w dziedzinie częstotliwości – pozwalają określać zmiany amplitudy sygnału w funkcji częstotliwości. Dzięki nim można np. sprawdzać czy nadajnik generuje sygnał RF w założonym paśmie częstotliwości, czy nie następują interferencje z sąsiednimi źródłami sygnałów RF, ale też określać zawartość harmonicznych w badanym sygnale.
Sygnały analogowe – z matematycznego punktu widzenia sygnał analogowy reprezentuje funkcję monotoniczną, można więc stwierdzić, że postać tę mają wszystkie sygnały z jakimi mamy do czynienia. Nawet przebieg, który został zakwalifikowany jako cyfrowy występuje w tej postaci tylko przy założeniu odpowiedniej skali czasu.
Sygnały cyfrowe – reprezentują zakodowaną binarnie informację, charakteryzują się tylko dwoma stanami. Taka interpretacja jest przyjmowana przy założeniu skokowego przejścia z jednego stanu do drugiego, co w rzeczywistości nie jest możliwe w żadnym układzie fizycznym.
Sygnały RF (Radio Frequency) – są to sygnały wykorzystywane do przenoszenia informacji przez modemy bezprzewodowe (najczęściej radiowe). Informacja jest zawarta w sygnale radiowym dzięki odpowiedniej jego modulacji. W sygnale RF mogą występować składniki pożądane (przenoszące informację) i niepożądane traktowane jako zakłócenia. Sygnał RF jest najczęściej analizowany w dziedzinie częstotliwości.
Do analizy omówionych sygnałów są wykorzystywane trzy typy przyrządów pomiarowych:
- oscyloskop zoptymalizowany do badania skorelowanych w czasie zjawisk w dziedzinie czasu;
- analizator stanów logicznych przeznaczony do mierzenia skorelowanych w czasie sygnałów cyfrowych, przy czym pomiar jest realizowany w dziedzinie czasu. Istnieje wyodrębniona klasa oscyloskopów, tzw. MSO będących połączeniem analizatora stanów logicznych i zwykłego oscyloskopu w jednym przyrządzie. Oscyloskop MSO jest więc wyposażony zarówno w wejścia analogowe, jak i cyfrowe. Wejścia cyfrowe to wielokanałowe sondy umożliwiające na przykład wygodną obserwację przebiegów na magistralach równoległych o kilku, a nawet kilkudziesięciu liniach.
- analizator widma, to przyrząd zoptymalizowany do obserwacji sygnałów RF w dziedzinie częstotliwości. Nowoczesne przyrządy tej grupy pracują jako wektorowe analizatory sygnałów nadające się do badania sygnałów RF z widmem rozproszonym, w którym częstotliwość nośna jest zmienna w czasie.
Oscyloskopy rodziny MDO4000 integrują funkcje wszystkich wymienionych przyrządów w jednym, tak więc można nimi mierzyć sygnały analogowe, cyfrowe i RF.
