Przy ustawionym pomiarze poniżej 10 mV na działkę typowe oscyloskopy ograniczają pasmo badanego sygnału, by zminimalizować poziom wprowadzanych szumów. Oscyloskopy R&S RTO oferują pełen zakres pasma nawet przy największej czułości i kwantowanie sygnału przetwornikiem A/C z efektywną liczbą bitów (ENOB – Effective Number Of Bits) wynoszącą ponad 7.

Problem

Urządzenia przenośne stają się coraz mniejsze, jednocześnie są coraz bardziej funkcjonalne i powinny jak najdłużej pracować na baterii. Optymalizacja wykorzystania mocy stanowi jedno z najpoważniejszych wyzwań, przed którymi stają projektanci tych urządzeń. Wartość napięcia zasilania musi być jak najniższa, aby zmniejszyć zużycie mocy przy transmisji z wysokimi prędkościami. Stosowane są sygnały o małych amplitudach (low-swing) oraz niskonapięciowe sygnały różnicowe (LVDS – Low-Voltage Differential Signaling). Sygnały o małej amplitudzie są również powszechne w układach analogowych i analogowo-cyfrowych, takich jak przetworniki C/A i wzmacniacze, w których stosuje się bardzo niskie napięcia z powodów wymienionych powyżej. Konwencjonalne oscyloskopy nie są w stanie pokazać sygnałów w całym zakresie częstotliwości przy zachowaniu wysokiej czułości. Jest bardzo trudne, a czasami wręcz niemożliwe, aby mierzyć te sygnały z dużą dokładnością. Ten problem stara się rozwiązać seria R&S RTO (rysunek 1).

Rys. 1. Oscyloskopy R&S RTO oferują pomiar w pełnym zakresie pasma, nawet przy wysokiej czułości wejścia do 1 mV/div.

Sposób pomiaru

Aktywne sondy używane do pomiarów sygnałów wysokich częstotliwości zazwyczaj dzielą napięcie w stosunku 1:10, co powoduje zmniejszenie i tak już niskiej amplitudy sygnału do jednej dziesiątej wartości oryginalnej. Podczas pomiary sygnału LVDS z zakresem napięć 350 mV, jedynie 35 mV dociera do wejścia oscyloskopu. Skala pionowa musi być ustawiona na 40 mV na działkę lub 4 mV/div, by w sposób optymalny wyświetlić ten sygnał (rysunek 2). Oscyloskopy R&S RTO pracują aż do poziomu 1 mV/div z aktywnymi wzmacniaczami wejściowymi, wykorzystując cały zakres dynamiczny przetwornika A/C. Ponadto szum wnoszony przez oscyloskop R&S RTO jest tak niski, że nie ma potrzeby dalszego go ograniczania poprzez zawężenie pasma wejściowego. Pełen zakres częstotliwości może być wykorzystany ze wszystkimi ustawieniami czułości.

Rys. 2. Zrzut ekranu przedstawia sygnał LVDS o szybkości 500 Mbit/s w pełnym zakresie częstotliwości, jak i z filtrami 500 oraz 250 MHz (białe linie) z sondami aktywnymi. Rozdzielczość pionowa wynosi 40 mV na działkę (jednostka podstawowa wynosi 4 mV/div)

Wysoki zakres dynamiczny dzięki jednolitemu przetwornikowi A/C

Wyznacznikiem rzeczywistej dokładności próbkowania sygnału jest efektywna liczba bitów  przetwornika analogowo-cyfrowego (ENOB). Zwłaszcza przy niskich amplitudach na cyfrowych magistralach wysokich szybkości wymagany jest duży zakres dynamiczny. W cyfrowych oscyloskopach o szerokim paśmie zazwyczaj używane są 8-bitowe przetworniki A/C, które są połączone ze sobą. Jednakże wraz ze wzrostem liczby połączonych przetworników rośnie także błąd spowodowany różnicami pomiędzy poszczególnymi elementami. W oscyloskopach R&S RTO to ograniczenie nie występuje. Przetwornik o wydajności 10 miliardów próbek na sekundę (GS/s) został wykonany w architekturze jednordzeniowej (ang. single-core), tzn. jest pojedynczym układem zamieniającym sygnał analogowy na 8-bitową liczbę. Architektura jednordzeniowa minimalizuje zniekształcenia sygnału i pozwala uzyskać efektywną liczbę bitów powyżej 7 (rysunek 3). Dokładność reprezentacji sygnału pomiarowego zależy również od stosunku pasma pracy oscyloskopu do częstotliwości sygnału oraz szumów wnoszonych przez układy wejściowe. Z tego powodu przy projektowaniu oscyloskopów R&S RTO zostały wyznaczone wysokie wymagania, które zaowocowały obniżeniem poziomu szumów do wartości najniższej spośród przyrządów tej klasy. Precyzyjne i stabilne wyniki nawet przy największej czułości zaprezentowano na rysunku 4.

Rys. 3. Dokładne odwzorowanie sygnału przy maksymalnym zakresie dynamicznym zapewnia wysoki współczynnik ENOB gwarantowany przez przetworniki A/C wykorzystane w oscyloskopach R&S RTO.

Rys. 4. Niski poziom szumów własnych, nawet przy czułości wejścia na poziomie 1 mV na działkę

Przedstawicielstwo Rohde & Schwarz w Polsce: ul. Stawki 2, 00-193 Warszawa, tel: (22) 860 64 97.