Освоение осциллографами LeCroy СВЧ диапазона

Автор / источник:

Шиганов А.А.

Издавалась:

Журнал «Радио» № 2 2004 г.

Цены / каталог / заказ:

Осциллографы цифровые фирмы LeCroy...

На сайте работает система уведомления об ошибках. Обнаружив неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter. Сообщение об ошибке будет получено редактором сайта. Спасибо за помощь!

Освоение осциллографами LeCroy СВЧ диапазона Шиганов А.А., ЗАО «ПриСТ» Стремительное наступление эры глобализации и связанные с этим явлением модернизация элементной базы и внедрение современных технологий в сфере телекоммуникаций диктует необходимость прикладного освоения диапазона СВЧ. Подробные технические характеристики прибора...

Стремительное наступление эры глобализации и  связанные с этим явлением  модернизация элементной базы и внедрение современных технологий в сфере телекоммуникаций диктует необходимость прикладного освоения диапазона СВЧ.

Данная  объективная реальность проявляется в виде широкого круга различных пользовательских (абонентских) устройств использующих эту часть радиочастотного спектра. Если говорить об опыте и практике инженерной мысли, то, на сегодняшний день, образно говоря,   «за спиной» остались значения в сотни мегагерц (МГц) и уже единицы гигагерц (ГГц).  Потребности инфо-телекоммуникационных технологий сегодняшнего дня (тем долее завтрашнего), запросы передовых научных изысканий и устремлений в самых различных областях познания и отраслях производства ставят вопрос об острой  потребности в соответствующих средствах измерений. Скорее даже не в прикладных средствах измерений, как мы к этому привыкли, а в многофункциональных программно-вычислительных комплексах на базе современных ПЭВМ, способных не только заглянуть за рубеж ~ 5 ГГц и выше, но и достоверно, точно и надежно работать в этой области частот с «высокоскоростными» и сложными сигналами.

Настоятельная необходимость и возможность освоения диапазона СВЧ вызвана рядом объективных физических причин, таких как, относительно слабое поглощение волн в ионосфере Земли,  возможность концентрации СВЧ энергии в узком луче и др.  Субъективные причины - большая информационная ёмкость диапазона СВЧ, способность энергетического взаимодействия с веществом (молекулами и атомами),  практическое развитие нано-технологий.

Беглый анализ выпускаемого телекоммуникационного оборудования, средств связи и передачи данных говорит о «СВЧ-зации» нашей повседневной жизни, как о свершившемся факте, имеющем тенденцию к устойчивому росту.

Что же сегодня нам предлагают производители  такого рода приборов, именуемых (в кругах производителей и потенциальных потребителей) high end  классом в области исследования  формы и параметров СВЧ сигналов. Как выясняется таких производителей можно пересчитать по пальцам одной руки. Приведем только один факт. Если производство авиалайнеров смогли освоить 5 мировых держав, то изготовление осциллографов в диапазоне 3-6 ГГц, в том числе, «осилили» три общепризнанных гранда: Tektronix,  LeCroy  и Agilent Technologies. Данные производители достаточно хорошо известны среди специалистов.

Согласно изучению этого сектора рынка СИ, проведенного компанией Prime Data, Inc (независимая организация по экспертной оценке в промышленности) и ее выводам, общий объем продаж цифровых осциллографов, исключая достаточно простые модели, выросли с $ 638 миллионов долларов  в 1994 до самого высокого уровня $ 1,051 млрд. долларов  достигнутого в  2000 году. По итогам календарного 2002 года объемы реализаций на рынке немного снизились и составили около $ 808 миллионов. По оценке Prime Data, Inc.,  три самые большие производители цифровых осциллографов, опять же без учета простых (портативных) моделей, в течение 2002 года осуществили продажи на рынке в следующем процентном соотношении: Tektronix, Inc (“Tektronix”) - 51.4 %, ЛеКрой - 14.4 % и Agilent Technologies, Inc - 14.2 %.

В рамках ликвидации сложившегося дефицита информации о наиболее передовых технологиях, достижениях и применяемых ноу-хау  хочется ознакомить с информацией об осциллографах и других уникальных приборах предлагаемых  компанией LeCroy.  Помимо познавательного аспекта и повышения общеинженерного кругозора, попытаемся вооружить читателя полезной информацией по осознанному и компетентному выбору такого рода средства измерений. 

Компания не является новичком на рынке средств измерений. Образованная в 1964 году, в настоящее время штаб-квартира  находится в США,  ряд дочерних компаний расположены по всему миру. Крупные и многопрофильные подразделения компании LeCroy функционируют в Швейцарии (Женева) и Японии (Токио), кроме того, в других европейских странах и странах азиатско-тихоокеанского региона есть ее представительства. Обладая мощностями и научным потенциалом по разработке, производству средств измерения, главным направлением выбрано создание многофункциональных анализаторов сигналов (схемотехника + прикладной софт + уникальные патентованные технологии).  Годовой торговый оборот по итогам 2003 финансового и налогового года составил свыше  107 мл. долларов.

Прежде всего, хотелось конкретизировать круг специалистов, сфер научно-технической и производственной деятельности для которых,  и предназначена в первую очередь продукция компании LeCroy.

Говоря одним словом - всюду, где необходимо наблюдение, регистрация и исследование   сложных, предельно коротких по длительности  (50-70 пс) электронных сигналов. Это относится к задачам по разработке, производству и эксплуатации приемопередающего оборудования ВОЛС и телекоммуникационной техники СВЧ диапазона, развитию технологий беспроводного доступа и лазерно-оптических технологий,  к областям исследований по тематике ядерной физики, а также в сфере обороны государства и безопасности общества. 

Визитной карточкой компании LeCroy является выпуск современных цифровых запоминающих осциллографов (ЦЗО или английская аббревиатура DSO), которые уже успешно используются инженерами и конструкторами-разработчиками во всем мире. Россия, к сожалению, пока отстает от общемировых тенденций   по освоению частотного спектра СВЧ, реализованного в конкретных измерительных приборах. В первую очередь это связано с весьма существенной стоимостью для российского потенциального потребителя на такие, безусловно, уникальные комплексы. 

Во всех новых разработках компании LeСroy для обработки входного сигнала применена революционная технология X-Stream, позволяющая в десятки и сотни раз быстрее обрабатывать входной сигнал, чем у аналогичных моделей конкурентов. А при исследовании СВЧ сигнала с помощью ЦЗО, обладающих, как известно рядом недостатков, остро встает проблема увеличения скорости захвата осциллограмм и уменьшении времени обработки входного сигнала при выводе на дисплей. Технология X-Stream  позволяет решить эту техническую проблему.

Идея X-Stream  технологи основана на том, что входной сигнал поступает на SiGe АЦП и оцифровывается в реальном времени с частотой 10 Гига выборок в секунду. После чего сигнал разбивается на пакеты, и храниться в быстрой КМОП-памяти (DRAM) тракта оцифровки. По двум высокоскоростным каналам сигнал из памяти передается в центральный процессор (ЦП). ЦП производит необходимую математическую обработку сигнала и вывод на ЖК-дисплей.

Программно-аппаратная реализация собственных уникальных технологий позволили обеспечить непревзойденную другими производителями скорость преобразования входного сигнала, выведения и продвижения цифрового потока данных (т.е. X-Stream)  после работы АЦП, а также синхронную и взаимоувязанную работу памяти DRAM и центрального  процессора (фактически ПЭВМ) посредством использования шины PCI и 1 гигабитного Ethernet. Такое ускорение продвижения данных в конечном итоге формирующих на экране ЦЗО исследуемый сигнал в реальном формате времени, в том числе при наблюдении длительных (распределенных по времени) сигналов, позволяет задействовать значительные объемы памяти  для обеспечения всестороннего и полного их анализа.

Кроме того,  применение технологии X-Stream позволяет программные процедуры и задачи, написанные при помощи таких средств как MATHLAB, Mathcad, Excel или Visual Basic,  корректно помещать (инкапсулировать) в поток цифровых данных.

В таких отраслях промышленности, как  радиоэлектроника, в сферах телекоммуникаций и связи, при производстве компьютерной техники и многих других, в которых необходимо тестировать и оценивать происходящие переходные, неустойчивые пикосекундные процессы.

Одной из таких серий являются осциллографы WaveRunner 6000 перекрывающие диапазон от 350 Мгц до 2 ГГц, которые особенно обходимы для обеспечения точной фиксации сигнала и его последующей высокоскоростной обработки. Включаемые нажатием одной кнопки режимы  управления Wavepilot™ и QuickZoom  позволяют очень оперативно зафиксировать и исследовать высокочастотные импульсные сигналы. Понятная и предельно информативная лицевая панель управления WaveRunner 6000 дает возможность легко (практически интуитивно) осуществлять управление режимами и функциями. Это обеспечивает возможность оператору значительно снизить время, затрачиваемое на работу в меню прибора и сосредоточиться исключительно на процессе исследований. В режиме сбора данных осциллографы этой серии имеют диапазон частот дискретизации (выборок сигнала) от 2,5 до 5 Гв/с и до 200 Гв/с для периодического сигнала. В целом пользовательский интерфейс очень понятен, удобен и позволяет применять прибор без длительной специальной подготовки или обучения персонала. В стандартной комплектации выходные интерфейсы: GPIB, RS-232-C, USB (5), SVGA видеовыход, аудио(вх/вых) и Ethernet  10/100Base-T.

Неоспоримым преимуществом осциллографов LeCroy данной серии и тем более серий WavePro и WaveMaster  является наличие самой большой внутренней памяти среди всех цифровых осциллографов аналогичного класса – 2 Мб (режим объединения каналов) в стандартной комплектации и до 24 Мб – набор опций. На рис. 1 представлен «флагман» цифровых запоминающих осциллографов серии WaveRunner модель 6100, а в таблице 1 – основные  технические характеристики по всей серии WaveRunner 6000.

Технические характеристики осциллографов цифровых запоминающих LeCroy
WR 6030, WR 6050, WR 6051, WR 6100, WR 6200: