INSTRUMENTATION GENERALE Oscilloscopes. Le modèle approprié. Aperçu des principaux avantages des oscilloscopes R&S RTO

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1 Scope of the art : oscilloscopes nu Une analyse de signaux ultrarapide, un nouveau système de déclenchement numérique et une interface utilisateur ingénieuse tels sont les points forts des oscilloscopes de Rohde & Schwarz. Ils fournissent à l utilisateur davantage de données lors de la recherche d erreurs et ce, beaucoup plus rapidement. Ces appareils compacts sont techniquement sophistiqués et c est un réel plaisir de les utiliser. Le modèle approprié Souvent plébiscités par les clients, ils sont désormais disponibles : en proposant des oscilloscopes, Rohde& Schwarz élargit son offre globale d équipements de mesure et fait bénéficier les utilisateurs de la qualité et de ses larges compétences en matière de développement et de production. L intégration numérique et analogique, les développements logiciel et matériel ainsi que la fabrication du circuit imprimé jusqu à l appareil fini sont entièrement réalisés en interne. C est dans ce contexte qu ont été conçues deux nouvelles familles d oscilloscopes pour des bandes passantes de 500 MHz à 2 GHz. Appareil de base Appareil de base Bande passante R&S RTO GHz 4 R&S RTO GHz 2 R&S RTO GHz 4 R&S RTO GHz 2 Bande passante R&S RTM MHz 4 R&S RTM MHz 2 Voies Voies Fig. 2 Oscilloscopes numériques R&S RTO, aperçu des modèles. Fig. 3 Oscilloscopes numériques R&S RTM, aperçu des modèles. Fig. 1 Les oscilloscopes R&S RTO allient une excellente intégrité du signal, un taux d acquisition élevé et le premier système de déclenchement numérique au monde fonctionnant en temps réel avec un format d appareil compact dans la catégorie 1 et 2 GHz. Aperçu des principaux avantages des oscilloscopes R&S RTO Le taux d acquisition le plus élevé de 1 million de traces par seconde permet de visualiser immédiatement les erreurs, même les plus furtives. L analyse accélérée par hardware affiche les résultats immédiatement sur l écran. Le système de déclenchement numérique affiche les signaux avec un jitter de trigger minimal. L interface utilisateur et l écran tactile augmentent la convivialité et l efficacité grâce à de nouvelles fonctionnalités. 16

2 mériques de Rohde & Schwarz Deux modèles de 2 et 4 voies sont disponibles avec une bande passante soit de 500 MHz (R&S RTM, fig. 3), soit de 1 GHz ou 2 GHz (R&S RTO, fig. 2). Un ASIC ultrarapide, une mémoire d acquisition profonde et un convertisseur A/N mono-cœur constituent la base de la vitesse d analyse de la famille R&S RTO. Grâce à l étage d entrée faible bruit, tous les oscilloscopes de Rohde&Schwarz permettent de réaliser des mesures précises, même avec le plus petit réglage vertical. La famille R&S RTM (cf. à partir de la page 21) comprend deux modèles à 2 et 4 voies avec une bande passante de 500 MHz. Avec leurs excellentes caractéristiques et leurs nombreuses fonctions pratiques, ces appareils facilitent le travail de chaque jour. Leur faible encombrement, leur facilité d utilisation ainsi que l écran lumineux en font le premier choix pour les mesures au quotidien. ACTUALITÉS 201/10 17

3 La famille R&S RTO comprend des modèles à 2 et 4 voies avec des bandes passantes de 1 et 2 GHz, répondant aux plus hautes exigences de performance (fig. 1). Ces appareils allient excellente intégrité de signal et taux d échantillonnage élevés et possèdent, en première mondiale, un système de déclenchement numérique temps réel, le tout réuni dans un appareil compact. Ils fournissent des fonctions de mesure et d analyse à accélération matériel et leur concept d utilisation astucieux fait que c est un réel plaisir de travailler avec cette famille d appareils. et des sondes à fonction de commande Rohde& Schwarz a développé des sondes actives hautes performances (cf. à partir de la page 23) qui sont les premières à pouvoir déclencher directement différentes fonctions de l oscilloscope avec un micro-bouton. Cela permet de ne plus être confronté au problème de n avoir plus une seule main de libre pour lancer la mesure après avoir soigneusement positionné les sondes sur l objet sous test. La famille R&S RTO Analyser plus vite pour voir davantage Avec un taux d acquisition de 1 million de traces par seconde le plus élevé du marché les oscilloscopes R&S RTO détectent les erreurs dans les signaux à une vitesse fulgurante. Ils captent également de rares détails de signal qui jusqu ici passaient souvent inaperçus. En fournissant en temps réel une relation précise entre l événement de déclenchement et le signal de mesure, le premier système de déclenchement numérique mondial aide non seulement à détecter les erreurs avec la plus grande sécurité mais également à les attribuer avec précision. La sensibilité d un oscilloscope est déterminante pour la mesure des signaux dans la gamme des millivolts. L amplificateur d entrée faible bruit et le convertisseur A/N doté d une excellente dynamique de plus de 7 bits effectifs conduisent à un très faible bruit sur la courbe de mesure. Des sondes actives faible bruit, à dynamique élevée et faible dérive d offset assurent que grande sensibilité et haute précision sont également disponibles directement au niveau du point de mesure. Malgré leur diversité de fonctions de mesure et d analyse, ces oscilloscopes sont d une utilisation claire et aisée. La structure de menu limpide et les diagrammes de flux de signal simplifient la navigation. Des menus de commande transparents n occultent pas les fenêtres de mesure et des vignettes affichant des signaux en temps réel montrent clairement les évènements en cours. Détecter rapidement les erreurs de signal Les oscilloscopes numériques précédents : temps aveugles prolongés entraînant de graves conséquences Un oscilloscope numérique enregistre les signaux en deux étapes : tout d abord, il échantillonne le signal pour une période prédéterminée et stocke les valeurs des échantillons. Ensuite, il traite ces valeurs et affiche la courbe de mesure. Pendant ce temps, l appareil est «aveugle» vis-à-vis du signal. Ce temps aveugle (fig. 4) occupe plus de 99,5 % du temps total des oscilloscopes numériques réalisés jusqu à présent lorsqu ils fonctionnent à leur taux d échantillonnage maximum c est-à-dire que les mesures ne sont effectuées que pendant moins de 0,5 % du temps, ce qui entraîne de graves conséquences : les erreurs se produisant sur le signal pendant le temps aveugle restent invisibles à l utilisateur et plus ces erreurs sont rares, moins elles sont susceptibles d être détectées. Les oscilloscopes R&S RTO captent des traces en permanence jusqu à 1 million de fois par seconde et, contrairement aux oscilloscopes réalisés jusqu à présent, les analysent également à cette vitesse (fig. 5). Le temps aveugle court (fig. 6) qui en résulte est unique pour un oscilloscope numérique et permet de détecter rapidement les erreurs qui ne se produisent que rarement dans le signal. Cycle d acquisition d un oscilloscope numérique Fig. 4 Un oscilloscope numérique ne peut pas détecter les erreurs du signal qui se produisent pendant le temps aveugle. Courbe de mesure 1 Temps aveugle Cycle d acquisition pour une courbe de mesure Courbe de mesure 2 18

4 Fig. 5 Durée moyenne de mesure pour la représentation d une erreur de signal en fonction du taux d erreur et du taux d acquisition. Grâce au taux d acquisition élevé de 1 million de courbes par seconde, les oscilloscopes R&S RTO détectent les erreurs beaucoup plus rapidement. Taux d'erreurs Taux d'acquisition [Courbes de mesure/s] /s 1 h : 55 min : 08 s 1 min : 09 s 6,9 s 0,7 s 10/s 19 h : 11 min : 17 s 11 min : 31 s 1 min : 09 s 6,9 s 1/s 7 jours : 23 h : 52 min : 55 s 1 h : 55 min : 08 s 11 min : 31 s 1 min : 09 s 0,1/s 79 jours : 22 h : 49 min : 15 s 19 h : 11 min : 17 s 1 h : 55 min : 08 s 11 min : 31 s 10 Géch/s, longueur d enregistrement 1 kpoints, 10 ns/div, probabilité de détection d erreurs 99,9 %. Analyse accélérée par hardware Dans les oscilloscopes R&S RTO, un ASIC pour le traitement du signal en parallèle de 20 tâches assure également lors des analyses de signaux complexes un taux d acquisition élevé. Les résultats sont rapidement disponibles et sont basés statistiquement sur un grand nombre significatif de courbes. Comparaison temps aveugle: R&S RTO architecture traditionnelle Cycle d'acquisition pour une courbe de mesure aveugle pendant 99,5 % du temps Architecture traditionnelle : courbes/s Vitesse de mesure élevée, même pour des fonctions d analyse complexes Les fonctions standard telles que opérations mathématiques, test de gabarit, histogramme, affichage de spectre et mesures automatiques nécessitent des temps de traitement supplémentaires. Si ces traitements sont basés logiciel, le temps aveugle se prolonge considérablement, l oscilloscope réagit avec inertie aux changements de paramètres et nécessite de longs temps de mesure pour pouvoir fournir des résultats significatifs. Les utilisateurs des oscilloscopes R&S RTO n ont plus à s accommoder de telles restrictions car de nombreuses fonctions d analyse y sont implémentées sous forme de hardware : Histogramme Représentation spectrale Test de gabarit (mask test) Mesures curseurs Fonctions de mesures d amplitude et de temps automatiques Certaines opérations mathématiques Le déroulement parallèle du processus de calcul assure pour la première fois un taux d acquisition élevé, même avec des fonctions d analyse activées (fig. 7). Analyse spectrale basée FFT : puissante et conviviale Les nombreuses années d expérience de Rohde&Schwarz en matière de développement d analyseurs de spectre se démontrent également dans la représentation spectrale des oscilloscopes R&S RTO. Celle-ci est beaucoup plus rapide que sur les oscilloscopes disponibles sur le marché en raison notamment de la conversion de fréquence en bande de base suivie par une transformée de Fourier rapide basée matériel. Le taux d acquisition élevé crée sur l écran l impression d un spectre en direct. En conjonction avec le mode rémanent, des changements de signal rapides, des interférences sporadiques ou des signaux faibles en cas de superposition de signaux apparaissent clairement sur l écran. Architecture R&S RTO : courbes/s Active acquisition time Temps aveugle Fig. 6 Grâce à leur période aveugle de très courte durée, les oscilloscopes R&S RTO observent >20 fois plus souvent le signal. Les étages d entrée à faible bruit et le nombre effectif d environ sept bits du convertisseur A/N offrent une dynamique exceptionnelle pour un oscilloscope, permettant d identifier sans difficulté les plus faibles perturbations du signal. La possibilité d imbriquer une FFT fait que les oscilloscopes R&S RTO reproduisent correctement des signaux intermittents comme par exemple des perturbateurs impulsionnels. L utilisateur peut voir ce qui se passe réellement dans le signal de mesure, notamment en mode rémanent. Analyse différentielle avec jusqu à trois courbes simultanées par voie Les différentes méthodes pour réduire le nombre d échantillons tels que Sample, Peak Detect, High Res, RMS et les opérations arithmétiques sur les courbes telles que Enveloppe et Average sont des outils importants pour l analyse du signal et la recherche de pannes. Pour la première fois, les oscilloscopes R&S RTO peuvent indiquer simultanément jusqu à trois courbes par voie sous différentes représentations (fig. 8). Le type de réduction des données ainsi que les opérations arithmétiques sur les traces peuvent être combinés. Cela permet, par exemple pour un débogage efficace, de comparer les points d échantillon initiaux directement avec la trace moyennée et l enveloppe. Fig. 7 Taux d acquisition maximum selon les fonctions d analyse. Fonction d'analyse Taux d'acquisition max. Aucune > 1 million Histogramme > 1 million Test de gabarit > Mesures curseur > 1 million ACTUALITÉS 201/10 19

5 Jusqu'à trois courbes par voie Voie n Acquisition Réduction de données Sample Peak Detect High Resolution RMS Mémoire Courbe 1 Courbe 2 Courbe 3 Traitement Arithmétique de traces Off Average Envelope Fig. 8 Avec les oscilloscopes R&S RTO, il est pour la première fois possible de configurer librement le type de réduction des données ainsi que des opérations arithmétiques sur les traces et de les afficher avec un maximum de trois courbes simultanément. Comparaison entre architectures de déclenchement numérique et analogique Mémoire Fig. 9 Les oscilloscopes de Rohde&Schwarz réalisent des mesures extrêmement précises en utilisant une voie commune pour le signal de mesure et le signal trigger. Entrée de voie Système vertical Convertisseur A/N Acquisition Traitement Visualisation Trigger analogique Trigger numérique Système de déclenchement numérique extrêmement précis Le système de déclenchement numérique de l oscilloscope R&S RTO fonctionne grâce au traitement hardware du signal temps réel. Ce procédé augmente la sensibilité de déclenchement, diminue la gigue de déclenchement (trigger jitter) et permet de nouvelles fonctionnalités comme le filtrage numérique ou le déclenchement sur signaux d entrée combinés mathématiquement. Mesures précises par un jitter de trigger réduit Les oscilloscopes réalisés jusqu à présent sont dotés d une architecture de déclenchement analogique. Ils divisent le signal de mesure analogique dans l étage d entrée et le traitent dans des voies de déclenchement et de mesure distinctes. Ces différents chemins de signal provoquent un décalage d amplitude et de temps. Il en résulte des incertitudes de mesure et une correction par post-traitement n est que partiellement possible. Hystérésis du trigger TA Hystérésis du trigger réglable Avec les oscilloscopes de Rohde&Schwarz, ces incertitudes sont exclues du fait qu ils utilisent une voie commune pour le signal et le déclenchement (fig. 9). La décision de déclenchement est effectuée sur la base du signal de mesure numérique. Les oscilloscopes R&S RTO atteignent donc une très faible gigue de déclenchement et créent ainsi de nouvelles possibilités pour le conditionnement de déclenchement. L option oscillateur de référence (OCXO) permet d augmenter encore plus la stabilité temporelle pour le stockage de longs enregistrements ou pour des enregistrements présentant un grand décalage de déclenchement (trigger offset). Haute sensibilité de déclenchement à pleine bande passante Un système de déclenchement numérique permet d examiner chaque point échantillonné au niveau de la définition du trigger. Par conséquent, les oscilloscopes R&S RTO sont capables de déclencher, même sur des signaux à très faible amplitude. Pour atteindre un déclenchement stable indépendant du bruit présent sur le signal, une hystérésis de déclenchement peut être réglée sur ces oscilloscopes (fig. 10). Grâce au faible bruit des étages d entrée, ces oscilloscopes peuvent encore déclencher sur des signaux à pleine bande passante et avec une sensibilité d entrée verticale < 10 mv/div. Fig. 10 Hystérésis du système de déclenchement numérique réglable en automatique ou en manuel de 0,1 à 5 div. Pleine bande passante pour des sensibilités d entrée 10 mv/div également Les sondes typiques ont un rapport de division de tension de 10:1 et réduisent ainsi d un facteur de dix l amplitude du signal. Il en résulte un niveau de 35 mv à l entrée de 20

6 l oscilloscope lorsqu on utilise ces sondes pour réaliser des mesures sur un signal LVDS (Low Voltage Differential Signaling) de 350 mv d amplitude. Dans cet exemple, une échelle verticale de 4 mv/div est appropriée pour une représentation optimale du signal. Cela ne représente aucune difficulté pour les oscilloscopes de Rohde& Schwarz étant donné qu ils disposent d une sensibilité d entrée élevée de 1 mv/div. Ils fonctionnent en outre avec une grande précision car leurs niveaux de sensibilité ne sont pas réalisés avec un zoom logiciel mais avec des amplificateurs commutables dans l étage d entrée. Le fait que ces oscilloscopes réalisent des mesures précises dans toutes les plages de sensibilité de moins de 10 mv/div et avec la pleine bande passante constitue une autre particularité. La famille R&S RTM Précise, compacte, polyvalente Les oscilloscopes R&S RTM (fig. 11) offrent une bande passante de 500 MHz, un taux d échantillonnage maximum de 5 Géch/s et une profondeur mémoire de 8 Mpoints max. Ces propriétés garantissent un affichage détaillé du signal et une haute résolution temporelle, même pour de longues séquences. Leur très faible bruit inhérent et l excellent isolement entre voies assurent que les oscilloscopes R&S RTM réalisent des mesures fiables et précises. Outre les outils de mesure et d analyse habituels, ces oscilloscopes disposent de quelques points forts spécifiques qui aident l utilisateur dans les tâches de débogage et d analyse du signal et mènent rapidement aux résultats désirés. Sur simple pression d une touche, la fonction «QuickMeas» affiche par exemple simultanément et sous forme graphique sur la courbe les principaux résultats de mesure d un signal actif et les met à jour régulièrement. Pour la réalisation de mesures avec les curseurs, l oscilloscope offre également bien plus que les curseurs verticaux et horizontaux habituels, c est-à-dire par exemple des fonctions permettant de mesurer des pics de tension ou de compter automatiquement des impulsions. Avec leurs nombreuses fonctions de mesure, les oscilloscopes R&S RTM sont d une utilisation aisée et conviviale. L écran couleur XGA lumineux 8,4" TFT à haute résolution et d une excellente définition affiche jusqu aux moindres détails de signal. Malgré leur grand écran, ces appareils font partie des plus compacts et des plus légers de leur catégorie en quelques mots, ce sont des oscilloscopes universels portables, attractifs et polyvalents. Outils pour une analyse rapide des signaux Les signaux doivent souvent être analysés en détail et leurs propriétés, comme la fréquence ou les temps de montée et de descente, sont à déterminer. Les oscilloscopes R&S RTM Fig. 11 Que ce soit en développement de produits ou en laboratoire de maintenance, les oscilloscopes R&S RTM facilitent le travail de tous les jours avec leurs caractéristiques de mesure et leurs nombreuses fonctions pratiques. Leur faible encombrement, leur facilité d utilisation et l écran lumineux en font un premier choix pour réaliser les travaux de mesure au quotidien. ACTUALITÉS 201/10 21

7 disposent à cet effet d un ensemble d outils puissants qui facilitent cette analyse et fournissent des résultats précis. L analyse détaillée facilitée : avec la fonction zoom et les marqueurs d évènement Avec une vitesse d échantillonnage de 5 Géch/s, les oscilloscopes R&S RTM atteignent une résolution temporelle élevée. Combinée avec la fonction zoom, elle réalise une expansion du signal jusqu à :1 permettant un examen détaillé des événements intéressants. La profondeur mémoire jusqu à 8 Mpoints permet d enregistrer de longues séquences de signaux. En général, faire défiler l enregistrement avec le bouton rotatif pour aller à un point précis du signal est assez laborieux. Rien de tel avec les oscilloscopes R&S RTM : ils offrent huit marqueurs d événement définissables par l utilisateur et avec lesquels chaque point du signal peut être marqué. Les boutons «Next» et «Prev» permettent une navigation aisée entre les marqueurs. QuickMeas principaux résultats de mesure sur simple pression d un bouton La fonction de mesure «QuickMeas» des oscilloscopes R&S RTM est unique (fig. 12). Il suffit d appuyer sur un bouton pour que les principaux résultats de mesure d un signal actif s affichent au moyen de lignes auxiliaires et de marqueurs simultanément sur la courbe et qu ils soient mis à jour régulièrement. Sont en outre disponibles les fonctions de mesure automatiques courantes comme la mesure de la tension crête-à-crête ou la fréquence du signal. En plus des résultats de mesure obtenus avec la fonction QuickMeas, quatre mesures peuvent être représentées simultanément sous forme de tableau. Vastes fonctions de mesure à base de curseurs Les mesures à base de curseurs sont généralement limitées aux curseurs horizontaux ou verticaux. Rien de tel avec les oscilloscopes R&S RTM : ils offrent dans le menu de curseurs des fonctionnalités supplémentaires, à l instar des fonctions de mesure automatiques, comme par exemple la mesure de la valeur moyenne ou efficace de la tension ainsi qu un compteur d impulsions mais avec l avantage ici de pouvoir limiter la mesure à une plage spécifique du signal. Trois curseurs sont utilisés pour les mesures de ratio. La mesure «RatioX» détermine par exemple aisément en une seule étape le rapport cyclique d un signal pulsé. «Set to Wave» est également une fonction très utile qui par une simple pression de touche attribue le curseur aux signaux appropriés et épargne ainsi à l utilisateur la tâche de choisir et de positionner le curseur. Mesures Affichage Vp + tension crête positive visualisation graphique Vp tension crête négative directement sur la courbe tr tf Mean temps de montée temps de descente valeur moyenne Vpp valeur crête-à-crête Affichage sous forme de RMS valeur efficace tableau en bas à droite de T durée de période l'écran f fréquence Fig. 12 QuickMeas : principaux résultats de mesure sur simple pression d un bouton. Des résultats fiables pour de hautes exigences Haute précision de mesure avec les étages d entrée à faible bruit La précision de l affichage d un signal de mesure dépend fortement du niveau de bruit propre d un oscilloscope. C est la raison pour laquelle les oscilloscopes R&S RTM sont dotés d étages d entrée et de convertisseurs A/N à très faible bruit. Cela leur permet de réaliser des mesures précises, même avec le plus petit réglage vertical. Pleine bande passante, même à 1 mv/div Avec leur sensibilité d entrée de 1 mv/div, les oscilloscopes R&S RTM offrent une résolution verticale élevée. Certains oscilloscopes parviennent à une telle sensibilité d entrée élevée uniquement par un zoom basé logiciel ou en limitant la bande passante. Les oscilloscopes R&S RTM, en revanche, indiquent également à 1 mv/div les points de mesure réels d un signal. En outre, la bande passante totale des appareils est utilisable sans restrictions. Et les utilisateurs peuvent profiter pleinement de la haute précision de mesure, jusqu aux moindres détails du signal. Pour d autres informations, vidéos, brochures de produits et bien plus encore sur les nouveaux oscilloscopes : 22

8 La famille de sondes de Rohde & Schwarz Spécifications top niveau, concept pratique Ce n est qu avec des sondes actives de haute qualité que la bande passante maximale des oscilloscopes est pleinement utilisable. Les sondes de Rohde&Schwarz convainquent non seulement par leurs spécifications de haut niveau mais aussi par leur fiabilité et leur facilité d utilisation. Fig. 14 Menu pour la configuration du micro-bouton. Outre la bande passante, les paramètres déterminants des sondes sont l impédance d entrée et la dynamique. Leur impédance d entrée de 1 MΩ fait que les sondes actives ne représentent qu une faible charge au point de fonctionnement d une source de signal. Et la très grande dynamique verticale, à de hautes fréquences également, permet d éviter les distorsions du signal (par exemple 16 V (U c-à-c ) à 1 GHz). Il ne se produit pas d interruptions gênantes de la mesure en raison de procédés de compensation car des erreurs de gain et d offset en fonction de la température des sondes sont quasiment inexistantes (par exemple la dérive de l erreur du point zéro est < 90 μv/ C). Micro-bouton pour commande conviviale de l appareil Qui n a pas déjà été confronté à cette situation de n avoir plus une seule main de libre pour lancer la mesure après avoir soigneusement positionné les sondes sur l objet sous Fig. 13 Concept pratique : micro-bouton pour faciliter la commande de l appareil. Divers câbles de terre et pointes de sonde font partie de la fourniture standard. Fig. 15 R&S ProbeMeter : mesure DC de haute précision, indépendante de la configuration de l appareil et parallèle à la voie de mesure. test! Ce problème est résolu avec les sondes actives de Rohde& Schwarz qui sont dotées sur leur pointe d un microbouton auquel il est possible d attribuer des fonctions telles que Run / Stop, Autoset ou Ajust Offset (fig. 13 et 14). R&S ProbeMeter : voltmètre intégré pour mesures de tension précises La tension d alimentation est-elle correcte? Une tension DC est-elle superposée? A ces questions qui se posent en pratique chaque jour, le voltmètre intégré dans les sondes actives (R&S ProbeMeter) apporte des réponses. Il indique la valeur DC d un signal de mesure toujours sur la totalité de la dynamique indépendamment des autres réglages de l appareil (fig. 15) ; et par rapport à une voie traditionnelle d oscilloscope, il apporte une précision de mesure DC supérieure donc globalement plusieurs avantages qui facilitent le travail au quotidien : contrôle rapide des tensions d alimentation et des niveaux de signal sans modifier la configuration de l oscilloscope compensation automatique de l offset DC déterminé pour des mesures AC optimisées assistance pour l ajustement du niveau de déclenchement grâce à la mesure de la valeur DC d un signal Des informations détaillées sur les sondes sont disponibles à : ACTUALITÉS 201/10 23