Dążeniem każdego liczącego się w świecie producenta oscyloskopów cyfrowych jest posiadanie w swojej ofercie przyrządów przystosowanych do jednoczesnego pomiaru sygnałów analogowych i cyfrowych. Takiej grupie oscyloskopów nadano nazwę MSO – Mixed Signal Oscilloscope i stanowią one jeden z najwyższych stopni wtajemniczenia w dziedzinie produkcji przyrządów pomiarowych.

Z perspektywy czasu można powiedzieć, że firma Rohde&Schwarz wyraźnie opóźniła start w produkcji oscyloskopów. Przez wiele lat potrzeba taka była ignorowana, co wprawdzie pozwoliło uzyskać prymat pierwszeństwa w wielu innych dziedzinach zaawansowanych technik pomiarowych, lecz od strony marketingowej strategia ta nie była jednak chyba najlepsza. Jej skutki stały się szczególnie widoczne po masowym upowszechnieniu oscyloskopów cyfrowych. Nagle okazało się, że powstał bardzo duży popyt na tego typu przyrządy. Na tyle duży, że wśród producentów znalazło się miejsce na jeszcze jednego wytwórcę. Pozostawało więc „jedynie” zaprojektować odpowiedni oscyloskop i rozpocząć jego produkcję. Dla firmy z takimi doświadczeniami jakie ma Rohde&Schwarz nie był to większy problem. Od razu powstało więc kilka modeli oscyloskopów cyfrowych pokrywających różne potrzeby użytkowników. We wszystkich tych poczynaniach liczył się czas. Zakładano, że im szybciej nowa (w tej branży) marka zaistnieje, tym szybciej zdobędzie odpowiednie uznanie i zyska swoich klientów. Niemal jednocześnie powstały więc dwie linie produktów: RTM i RTO zawierające po kilka modeli. RTM to oscyloskopy tańsze, charakteryzujące się pasmem analogowym 500 MHz i częstotliwością próbkowania 5 GSa/s, RTO natomiast zawiera modele o paśmie analogowym 600 MHz, 1 GHz i 2 GHz próbkujące z częstotliwością 10 GSa/s. Mimo bardzo nowoczesnych rozwiązań zastosowanych w konstrukcjach wymienionych oscyloskopów, żadnego z nich nie można jednak zakwalifikować do klasy MSO.

Otwarte drzwi dla MSO

Pierwszy cel został spełniony. Firma Rohde&Schwarz zaistniała na rynku oscyloskopów cyfrowych wysokiej klasy i dość szybko zdobyła oddanych sobie klientów. Pozostało jednak pewne „ale”. W ofercie nadal brakowało oscyloskopu klasy MSO i brak ten należało jak najszybciej zlikwidować. Skonstruowanie od podstaw takiego oscyloskopu to jednak przedsięwzięcie, które pochłonęłoby znowu sporo czasu, a tego i tak już nie było za wiele. Konstruktorzy R&S znaleźli jednak dość skuteczny sposób na wypełnienie luki. Okazało się, że całkiem niezłym rozwiązaniem będzie opracowanie specjalnej wkładki. Na szczęście w oscyloskopach RTO przewidziano taką możliwość. Na tylnej ścianie przyrządu znajduje się gniazdo przeznaczone pierwotnie dla specjalizowanych modułów, na przykład takich jak interfejs GPIB. Gniazdo to zostało wykorzystane również do dołączenia specjalnie opracowanej wkładki MSO (fot. 1). Po jej zastosowaniu oraz po odpowiednim zmodyfikowaniu firmware’u oscyloskop np. RTO1024 staje się oscyloskopem MSO. Od tej chwili mogą być jednocześnie wyświetlane i mierzone zarówno przebiegi analogowe, jak i cyfrowe. Są one uzyskiwane z sond analogowych dołączanych do gniazd znajdujących się na przednim panelu przyrządu oraz z sond logicznych dołączanych do wkładki MSO. Ponieważ jest ona umieszczona w niewygodnym miejscu – z tyłu oscyloskopu – sondy cyfrowe są w rzeczywistości dołączane do przewodów taśmowych, których końcówki można wygodnie wyprowadzić przed płytę czołową przyrządu (fot. 2). Firmware oscyloskopu automatycznie wykrywa dołączenie sond i inicjalizuje odpowiednie procedury służące do ich obsługi. W tym czasie jest wyświetlany odpowiedni komunikat (rys. 3). Wkładka MSO obsługuje 16 kanałów cyfrowych rozdzielonych na dwie 8-kanałowe sondy. Przy częstotliwości próbkowania kanałów cyfrowych równej 5 GSa/s rozdzielczość czasowa każdego takiego kanału jest równa 200 ps. Jest to całkiem niezły parametr. Mało który „rasowy” analizator stanów logicznych dysponuje taką rozdzielczością. Zapewniony jest przy tym pełny synchronizm między sygnałami pochodzącymi z kanałów cyfrowych i analogowych (rys. 4). Wejścia kanałów cyfrowych maja impedancję 100 kΩ || 4pF, nie powodują więc znaczącego obciążenia badanych układów, zapewniając jednocześnie bardzo dobrą jakość sygnału w zakresie częstotliwości do 400 MHz.

Fot. 1. Wkładka MSO zamontowana w gnieździe znajdującym się na tylnej ściance oscyloskopu

Fot. 2. Przykładowe stanowisko pomiarowe z wyprowadzoną taśmą do sondy logicznej

Rys. 3. Komunikat informujący o instalacji sondy logicznej

Rys. 4. Jednoczesne wyświetlanie przebiegów analogowych i cyfrowych z zachowanie pełnego synchronizmu, analiza protokołu SPI

Do pełnego wykorzystania kanałów cyfrowych konieczne jest zapewnienie współpracy wkładki MSO z układem akwizycji oscyloskopu oraz z procedurami realizującymi funkcję analizatora protokołów. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie specjalnych trybów wyzwalania oraz debugowanie zdarzeń występujących w popularnych interfejsach komunikacyjnych, oczywiście z zastosowaniem kanałów cyfrowych. Oscyloskop RTO 1024 potrafi analizować protokoły: I2C, SPI, UART/RS232, CAN, LIN i FlexRay.