Une nouvelle famille d’oscilloscopes pour de nouvelles applications

Les oscilloscopes R&S®RTO symbolisent précision et vitesse de mesure élevées, ainsi que puissantes capacités d’analyse dans un boîtier compact. De nouveaux modèles ont désormais rejoint la famille, à savoir deux modèles de 600 MHz dotés de deux ou quatre voies, destinés à une utilisation universelle dans les laboratoires requérant haute sensibilité, taux d’acquisition élevé et abondance d’outils d’analyse. Le nouveau modèle de 4 GHz à quatre voies répond aux besoins des développeurs de concepts numériques, analogiques (A/N) et RF recherchant une bande passante supérieure. Il est dédié à une utilisation dans les domaines de la recherche fondamentale, de la technique médicale, ainsi que dans le développement de jeux de composants RF.

 

Un étage d’entrée à bruit réduit pour des mesures sur des signaux faibles

L’étage d’entrée d’un oscilloscope doit être équipé d’amplificateurs à bruit réduit pour pouvoir réaliser des mesures exactes sur des signaux faibles. Avec une tension de bruit spécifiée inférieure à 240 μV, le modèle 4 GHz montre ici également ses atouts – même à la plus petite échelle de sensibilité verticale (1 mV/div). Etant donné que le bruit dépend aussi de la bande passante, le bruit du modèle de 600 MHz est proportionnellement plus faible, à savoir inférieur à 80 µV. Grâce à ces excellents valeurs, les oscilloscopes R&S®RTO permettent de réaliser des mesures avec la pleine bande passante, même à la plus petite échelle verticale. D’autres produits courants du marché doivent en revanche réduire la bande passante de mesure à des sensibilités inférieures à 10 mV/div, afin de minimiser le niveau de bruit de trace (figure 1).

 

 

Un taux d’acquisition élevé

Le taux d’acquisition et d’analyse élevé pouvant atteindre un million de formes d’onde par seconde est une caractéristique essentielle des oscilloscopes R&S®RTO. Les modèles de 4 GHz proposent également ce taux grâce à l’ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) intégré extrêmement puissant: les convertisseurs A/N 8 bit lui fournissent par seconde, à la fréquence d’échantillonnage maximale de 20 Géch/s, une quantité de données de 160 Gb qu’il doit traiter et stocker dans la mémoire.

Que ce soit en laboratoire ou en maintenance, les oscilloscopes étant indispensables pour le débogage, il est important qu’ils puissent «regarder» aussi souvent que possible un signal, afin de ne pas manquer la survenue d’erreurs, même les plus rares. Le taux d’acquisition élevé des oscilloscopes R&S®RTO est également disponible dans son intégralité pour les fonctions d’analyse, telles que l’histogramme et le test de gabarit du diagramme de l’œil, ce qui permet à grande vitesse d’effectuer des tests d’intégrité du signal jusqu’à 4 GHz.

 

Indispensable: 
l’analyse dans le domaine fréquentiel

Par rapport aux mesures réalisées dans le domaine temporel, les analyses dans le domaine fréquentiel fournissent des informations supplémentaires sur la composition spectrale d’un signal. Cela peut être utile pour identifier les composantes parasites ou les sources de parasites, par exemple.

De nombreux oscilloscopes présents sur le marché sont, capables avec la fonction TFR (transformée de Fourier rapide), de transformer la représentation temporelle d’un signal en sa représentation fréquentielle. L’oscilloscope R&S®RTO présente ici l’avantage de gérer ces calculs par le matériel informatique en réduisant, via un mélangeur abaisseur de fréquence numérique, la quantité de données utilisée pour le calcul de la TFR. La vitesse qui en résulte représente un atout, permettant à l’utilisateur de détecter et d’analyser des perturbations sporadiques, des changements rapides dans le signal ou des signaux faibles en cas de superposition de signaux.

Pour l’analyse des signaux faibles dans le domaine fréquentiel particulièrement, les oscilloscopes R&S®RTO bénéficient d’un étage d’entrée à faible bruit et des convertisseurs A/N précis. Leur plage dynamique élevée, supérieure à 7 bit (ENOB), est également pleinement disponible jusqu’à 4 GHz (figure 2).

Leur philosophie d’utilisation en mode TFR est basée sur celle des analyseurs de spectre; elle est conviviale et facile à comprendre. De nombreuses fonctionnalités supplémentaires – comme la réalisation d’un maximum de quatre TFR sur différentes sections de la trace dans le domaine temporel, des mesures automatisées, des tests de gabarit dans le diagramme TFR ou le curseur avec recherche automatique de crêtes – font de la fonction TFR un outil indispensable pour le débogage et l’analyse de signaux dans le domaine fréquentiel.

 

Une analyse logique et de protocole supplémentaire

L’intégration croissante de différentes technologies – notamment les concepts embarqués - nécessitait jusqu’à présent l’utilisation d’appareils de mesure différents. Outre les voies d’oscilloscopes analogiques pour la représentation de signaux dans le domaine temporel (mesures sur signaux analogiques ou tests d’intégrité du signal sur interfaces numériques, par exemple) et la fonctionnalité TFR pour signaux RF, des voies supplémentaires sont souvent nécessaires pour l’analyse logique de données numériques. La capacité de décodage des données sur des interfaces de programmation ou de données série, telles qu’I²C (Inter-Integrated Circuit) ou SPI (Serial Peripheral Interface), est tout aussi indispensable que le déclenchement sur des contenus de protocole pour faciliter la recherche d’erreurs et la mise en service d’un circuit.

Ces différentes fonctions sont désormais toutes réunies dans les oscilloscopes R&S®RTO. Cela simplifie l’analyse des données à l’échelle du concept et garantit des mesures synchrones sur les signaux analogiques, numériques et RF. A cet effet, les modèles R&S®RTO peuvent à être étendus à seize voies numériques avec l’option signaux mixtes R&S®RTO-B1. En outre, un déclenchement et décodage de protocole (I²C, SPI, RS-232-C ou CAN, par exemple) peut être réalisé sur des canaux analogiques et numériques avec les options logicielles R&S®RTO-K1 à K4.

La figure 3 montre un exemple de mesures sur un VCO (Voltage Controlled Oscillator) programmable via SPI, dont la fréquence est changée de 825 à 845 MHz. Le comportement pendant la commutation est facile à analyser avec le R&S®RTO. L’utilisateur doit pour cela déclencher sur le mot de données de bus SPI correspondant (à l’aide des voies d’oscilloscope numériques connectées, par exemple) pour pouvoir ensuite observer le comportement transitoire du signal RF via une voie d’oscilloscope analogique. La fonction TFR permet d’évaluer simultanément, dans le domaine temporel les diverses, fréquences à différents moments du signal. De plus, la tension d’accord du VCO peut enfin être affichée via une voie analogique supplémentaire.

 

Un nouvelle sonde différentielle compacte

Avec la multitude d’interfaces série haute vitesse, il devient, de plus en plus, nécessaire de pouvoir disposer d’équipements de mesure adaptés. Dans ce cas, il est important de mesurer aussi bien des signaux différentiels, que des signaux asymétriques. Ainsi par exemple, pour des signaux d’horloge différentiels, il est nécessaire de situer précisément les transitions de flancs afin d’obtenir des résultats correspondant au comportement différentiel du signal à l’intérieur du circuit – ce qui n’est pas possible avec deux sondes asymétriques. En outre, pour une acquisition précise des amplitudes généralement faibles de signaux différentiels, une grande sensibilité, ainsi qu’une charge minimale sur l’objet sous test au niveau du point de fonctionnement sont déterminantes.

Les sondes différentielles des oscilloscopes R&S®RTO sont justement destinées à la réalisation de telles tâches. Le nouveau modèle R&S®RT-ZD40 est doté d’une limite supérieure de fréquence de 4,5 GHz, de sorte qu’une bande passante système de 4 GHz reste disponible de manière inchangée lorsqu’il est utilisé avec l’oscilloscope de 4 GHz (figure 4).

 

Le bruit des sondes est extrêmement réduit (3 mV typique), ce qui se reflète dans leur gamme dynamique élevée. Les signaux, aussi faibles qu’ils soient, peuvent ainsi être mesurés avec précision. Leur large gamme dynamique de ±5 V, permettant également des mesures sur signaux rapides avec une grande amplitude (comme c’est par exemple le cas avec des interfaces de mémoire asymétriques), évitent ainsi des distorsions du signal. Les sondes ne chargent un objet sous test que très faiblement grâce à leur impédance d’entrée DC de 1 MΩet leur faible capacité d’entrée (0,4 pF pour l’oscilloscope R&S®RT-ZD40).

Comme avec la famille de sondes asymétriques R&S®RT-ZS, un micro-commutateur, intégré dans la pointe de la sonde, permet à l’utilisateur de commander l’oscilloscope. Des fonctions, telles que Run / Stop, Autoset ou Capture d’écran sont disponibles sur une simple pression d’un bouton. Dans l’embout de la sonde est également intégré le voltmètre R&S®ProbeMeter qui fournit, indépendamment du réglage de l’unité de base, les résultats de mesure de tension DC dans les modes commun et différentiel. Pour la première fois, il est ainsi possible, avec une sonde différentielle, de déterminer le point de fonctionnement en mode commun et de réaliser simultanément une mesure différentielle (figure 5).

 

Des pinces de courant pour des mesures de puissance exigeantes

Les nouvelles pinces ampèremétriques, utilisées pour mesures directes de courant AC ou DC sur des lignes de signal, viennent s’ajouter à la gamme de produits. Elles permettent notamment de réaliser avec les oscilloscopes R&S®RTO, des mesures de puissance sur les alimentations à découpage. Les pinces de courant R&S®RT-ZC10 et R&S®RT-ZC20 tolèrent respectivement des courants de crête maximum de 500 A et de 50 A. La pince R&S®RT-ZC20 (figure 6) présente une bande passante de 100 MHz et son bruit de fond s’élève à 2,5 mA (RMS). La bande passante maximale de la pince RT-ZC10 est de 10 MHz et son niveau de bruit de 25 mA (RMS).

Figure 6. Une pince ampèremétrique R&S®RT-ZC20 pour un courant de crête de 50 A et une bande passante de 100 MHz.