Oscyloskopy Rohde & Schwarz RTO2000

R_S_RTO2004_fota_tyt1

Tempo, w jakim Rohde & Schwarz rozwija produkcję oscyloskopów musi budzi respekt i niepewność u konkurencji. Inżynierowie tej firmy bacznie przyglądają się wyrobom innych producentów, tak jak czynią to wszyscy, ale też z powodzeniem wprowadzają szereg innowacyjnych rozwiązań autorskich. Dzięki temu oscyloskopami z logo R&S interesuje się coraz szersza grupa elektroników – konstruktorów i projektantów.

Oferta R&S obejmuje kilka rodzin oscyloskopów wypełniających szeroki zakres potrzeb użytkowników. Przyrządy klasy podstawowej to oscyloskopy znane do niedawna jako wyroby firmy Hameg, noszące oznaczenie serii jako  HMO. Obecnie w całości są już firmowane przez Rohde & Schwarz’a. Najniższą rodziną przyrządów profesjonalnych jest RTM. Znajdujemy w niej modele o paśmie 200, 350, 500 MHz i 1 GHz. Środkową półkę stanowi rodzina RTE z modelami o paśmie 200, 350, 500 MHz i 1, 1,5, 2 GHz. Oscyloskopy najsilniejszej rodziny RTO mają pasmo 600 MHz, 1, 2, 3 i 4 GHz. Należy też wspomnieć o wprowadzonym niedawno do oferty oscyloskopie ręcznym z izolacją galwaniczną kanałów – ScopeRider Handheld Digital Oscilloscope.

Nowości w rodzinie RTO

Rodzina RTO została ostatnio poszerzona o modele RTO2000. Najważniejsze różnice w porównaniu z RTO1000 to dodatkowy model na pasmo 3 GHz, 12,1-calowy ekran dotykowy z matrycą o rozdzielczości 1280×800 pikseli (WXGA), rekord o maksymalnej długości 50 MSa dla każdego kanału. Duża część nowych możliwości jest jednak dostępna jako opcjonalne rozszerzenie standardowego oprogramowania oscyloskopu. I tak, na przykład wykupując opcję RTO-B110 można rozszerzyć długość rekordu nawet do 1 GSa. Podobnie jest z analizą FFT. Zainstalowanie opcji RTO-K18 umożliwia rozszerzenie możliwości analizy widma o automatyczne wykrywanie jego składowych, tryb max hold oraz ustawianie logarytmicznej skali dla obu osi. Dostępny staje się również spektrogram.

Jedną z ważniejszych nowości oscyloskopów RTO2000 jest wyzwalanie sygnałem przechodzącym przez definiowany przez użytkownika obszar. Funkcja ta działa zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Możliwe jest tworzenie do 8 obszarów powiązanych ze sobą zależnościami logicznymi w obu dziedzinach (czasu i częstotliwości), niezależnie od rodzaju użytego kanału (analogowego czy cyfrowego). W zaawansowanym trybie wyzwalania dwoma zdarzeniami (A/B), jako zdarzenie B mogą być teraz wykorzystywane dowolne zdarzenia, takie jak: zbocze, glitch, szerokość impulsu, runt, okno, timeout, interwał, nachylenie zbocza. W modelach RTO1000 zdarzeniem B mogło być tylko zbocze.

Użytkownik zauważy zapewne znacznie szybszy start oscyloskopu, a to za sprawą zastosowania dysku SSD, chociaż ma on mniejszą pojemność niż dysk HDD instalowany w modelach RTO1000 (SSD: 240 GB, HDD: 500 GB).

RTO2000 – oscyloskop dla każdego…

…może nie w sensie finansowym, ale funkcjonalnym na pewno. Decyduje o tym m.in. możliwość wykonywania pomiarów w dziedzinie czasu i częstotliwości, badanie sygnałów cyfrowych – w tym bardzo szerokiej gamy analizowanych protokołów komunikacyjnych – a także wbudowane funkcje pomiarów mocy, automatyczne testy zgodności oraz funkcje wykorzystywane w pomiarach kompatybilności elektromagnetycznej. Przywykliśmy, że do pomiarów EMI wykorzystywane są raczej analizatory widma, nie oscyloskopy. Cechy funkcjonalne oscyloskopów RTO2000 takie jak: znakomicie zaimplementowana funkcja FFT, możliwość wyzwalania zdarzeniami z dziedziny częstotliwości, a także doskonała czułość i dynamika umożliwiają wykorzystywanie tych przyrządów w pomiarach EMI. Ograniczeniem jest oczywiście pasmo pomiarowe przyrządu. Tego parametru niestety nie da się przeskoczyć.

Sygnał jest przetwarzany przez jednordzeniowy przetwornik analogowo-cyfrowy taktowany zegarem 10 GHz. W trybie HD włączany jest konfigurowalny filtr dolnoprzepustowy zwiększający rozdzielczość przetwarzania do 16 bitów. Odbywa się to jednak, co oczywiste, kosztem ograniczenia pasma oscyloskopu. Mimo, że to rozwiązanie jest obróbką cyfrową, w wielu przypadkach może okazać się bardzo przydatne. Porównanie sygnałów przetwarzanych w trybie normalnym i HD przedstawiono na rys. 1.

R_S_RTO2004_r1

Rys. 1. Porównanie sygnałów przetwarzanych w trybie normalnym i HD

Kolejną, bardzo ważną cechą użytkową oscyloskopów rodziny RTO2000 jest bardzo dobra separacja kanałów pomiarowych. Oscyloskop RTO2004 ma ich 4. Przesłuchy nie są gorsze niż 60 dB w paśmie do 2 GHz.

RTO2000 to wreszcie rodzina oscyloskopów nadających się znakomicie do wykrywania przypadkowych zakłóceń i badania sygnałów nieokresowych. Zdolność tę zawdzięczają bardzo dużej szybkości rejestracji ramek – milion wfs/s (w trybie ultra-segmentacji ponad 3 miliony wfm/s), a także bogatemu zestawowi zdarzeń wyzwalających. Przykład zakłócenia przechwyconego na jednej z zarejestrowanych ramek przedstawiono na rys. 2a. Obserwując ekran zawierający podobny artefakt użytkownik powinien przypuszczać, że w badanym układzie występuje jakieś losowe zakłócenie. Do jego lokalizacji pomocne może być również włączenie elektronicznej poświaty (trybu persistance), a następnie poszukanie najbardziej odpowiedniego trybu wyzwalania umożliwiającego stabilne przedstawienie zakłócenia na ekranie (rys. 2b) Nie bez znaczenia w badaniu układów szerokopasmowych jest bardzo płaska charakterystyka częstotliwościowa toru pomiarowego (rys. 3).

a)R_S_RTO2004_r2a

b)R_S_RTO2004_r2bRys. 2. Przypadkowe zakłócenie a) obserwowane dzięki dużej szybkości przechwytywania ramek, b) obserwowane stabilnie po zastosowaniu odpowiedniego trybu wyzwalania

R_S_RTO2004_r3

Rys. 3. Charakterystyka częstotliwościowa toru pomiarowego oscyloskopu RTO2004

Unikatowy układ wyzwalania

Rohde & Schwarz stosuje w swoich oscyloskopach ciekawie rozwiązane wyzwalanie. Innowacyjność polega na tym, że podawany na wejście układu wyzwalania sygnał jest pobierany z wyjścia przetwornika analogowo-cyfrowego. W ten prosty – mogło by się wydawać – sposób zapewniono identyczną postać sygnału wyzwalającego i tego, który będzie wyświetlany na ekranie. W rezultacie uzyskano minimalizację jitteru bez konieczności stosowania korekcji przetworzonego sygnału, co z kolei bardzo korzystnie wpłynęło na czułość układu wywalania. Inną korzyścią jest implementacja wyzwalania strefą (ZoneTrigger). Użytkownik definiuje maksymalnie osiem stref. Każdej z nich nadaje status „Intersect Must” lub „Intersect Must Not” oraz „Combine AND” lub „Combine OR” (możliwe jest także korzystanie ze złożonych funkcji logicznych NAND, NOR, XOR, NXOR). Oznacza to, że wyzwolenie nastąpi wtedy i tylko wtedy, gdy sygnał znajdzie się w strefach „Must” i/lub nie znajdzie się w strefach „Must Not”. Nietrudno wyobrazić sobie jak pożyteczne jest to narzędzie podczas lokalizacji nawet bardzo złożonych artefaktów sygnału. Na rys. 4 przedstawiono sygnał mający dwa rodzaje zniekształceń. Pierwsze, to ucięcie górnego czubka przebiegu piłokształtnego, drugim jest krótkie poziome przeciągnięcie utworzone na narastającym zboczu. Oba rodzaje zniekształceń występują losowo. Czasami razem w jednym okresie przebiegu, czasami osobno – w różnych okresach.  Dzięki zdefiniowaniu strefy Zona3 typu „Must Not” oraz strefy Zona4 typu „Must” i powiązaniu ich operatorem AND oscyloskop wykrywa przypadki, w których oba zakłócenia występują na jednym zboczu. W tym momencie wyzwalana jest podstawa czasu, co umożliwia obserwację stabilnego obrazu z doskonale widocznym zakłóceniem.

R_S_RTO2004_r4

Rys. 4. Zastosowanie wyzwalania strefą do wykrywania specyficznych anomalii sygnału

Wyzwalanie strefą nie ogranicza się jedynie do zdarzeń w dziedzinie czasu. Obszar wyzwalania może być definiowany nawet na  wykresach FFT, co oznacza, że ten tryb pracy jest bardzo przydatny np. do wykrywania czy widmo badanego sygnału zawiera składniki o określonych częstotliwościach i poziomach. Ale i to jeszcze nie koniec, gdyż do wyzwolenia oscyloskopu mogą być użyte jednocześnie strefy definiowane dla wykresu czasowego, jak i FFT. Taki tryb pracy jest bardzo przydatny np. podczas testowania interfejsów pamięci i badań EMI.

Niemiecki porządek

Obsługa oscyloskopów firmy Rohde & Schwarz, niezależnie od rodziny, oparta jest na zbliżonym interfejsie użytkownika. Można wprawdzie doszukać się w nim elementów „zapożyczonych” od innych, dłużej istniejących w branży oscyloskopowej producentów, nie mniej jednak od razu można dostrzec pewną swoistą filozofię i dyscyplinę. Oscyloskop jest obsługiwany za pomocą przycisków i pokręteł umieszczonych na płycie czołowej, są one jednak zdublowane poleceniami zebranymi w kilku rozwijanych menu oraz przyciskami ekranowymi. Oscyloskopy rodziny RTO2000 mają duży, zapewniający dużą wygodę i czytelność wykresów ekran z panelem dotykowym. Po pewnym czasie okazuje się nawet, że znaczną część operacji manualnych wykonuje się bez używania pokręteł mechanicznych. Pewnym udogodnieniem może być natomiast myszka i klawiatura USB. Ta ostatnia, mimo wszystko wydaje się wygodniejsza niż klawiatura wirtualna wyświetlana na ekranie. Autorskim rozwiązaniem R&S jest podręczny pasek narzędziowy widoczny w górnej części ekranu (rys. 5). Jego zawartość jest ustalana indywidualnie przez użytkownika według własnych upodobań i potrzeb. Okna z oscylogramami, parametrami kursorów, wynikami pomiarów automatycznych itp. mogą być rozmieszczane prawie dowolnie przez użytkownika. Jedno okno może zawierać jeden lub kilka oscylogramów. Możliwe jest nawet łączenie wykresów czasowych i częstotliwościowych. W prawej części ekranu domyślnie są umieszczane okna informacyjne o mierzonych sygnałach, aktualnym trybie wyzwalania i akwizycji.

R_S_RTO2004_r5

Rys. 5. Przykładowa organizacja ekranu z widocznym paskiem narzędziowym, linią komend i oknami użytkownika

Jak widać, autorzy interfejsu pozostawili użytkownikowi sporo możliwości konfigurowania ekranu według własnych upodobań. Konfigurowany jest także przycisk Quick Action, do którego przypisuje się jedną z kilku funkcji przeznaczonych do szybkiego wywołania.

Kolejnym usprawnieniem jest kokpit szybkiego wywoływania pomiarów (rys. 6). Kliknięcie na którąś z widocznych na nim ikon powoduje otwarcie okna konfiguracyjnego m.in. dla pomiaru mocy, analizy FFT, pomiarów w trybie HD, pomiaru IQ, pomiaru jittera i CDR (Clock Data Recovery). Na kolejnej zakładce widoczne są ikony uruchamiające analizę protokołów komunikacyjnych (rys. 7). Mamy tu prawdziwe szaleństwo, niestety dostępne po wykupieniu odpowiednich opcji. Oprócz protokołów najczęściej spotykanych, często oferowanych jako standardowe (dostępne bez opcji rozszerzających), takich jak: SPI, I2C, UART, jest również szereg bardzo złożonych protokołów stosowanych w sprzęcie profesjonalnym: Arinc, Spicewire, Mil1553, SSENT, a także Audio, 8b/10b, CAN, LIN, FlexRay, RFFE, DPHY, USB, Ethernet.

R_S_RTO2004_r6

Rys. 6. Kokpit szybkiego wywoływania pomiarów

R_S_RTO2004_r7

Rys. 7. Zakładka kokpitu szybkiego wywoływania pomiarów z ikonami analizy protokołów komunikacyjnych

O autorze

Jarosław Doliński

Jarosław Doliński jest absolwentem Wydziału Elektroniki na Politechnice Warszawskiej. Pracował w Przemysłowymi Instytucie Telekomunikacji oraz Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, gdzie zajmował się konstruowaniem urządzeń transmisji danych. Współpracował z Zakładem Urządzeń Teatralnych m.in. w zakresie konstrukcji interkomów teatralnych i urządzeń dla inspicjentów. Brał także udział w pracach projektowych rejestratorów urządzeń wiertniczych i elektroniki montowanej na żurawiach mobilnych.
Obecnie prowadzi firmę zajmująca się konstruowaniem i produkcją urządzeń elektronicznych dla rehabilitacji i wspomagania treningu sportowego.
Jest autorem czterech książek poświęconych elektronice i mikrokontrolerom, współpracuje ponadto z miesięcznikami „Elektronika Praktyczna”, „Elektronik” oraz „Świat Radio”.