Освоение осциллографами LeCroy СВЧ-диапазона

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 информационных и телекоммуникационных технологий сегодняшнего дня, а тем более завтрашнего, запросы передовых научных изысканий и устремлений в самых различных областях познания и отраслях производства ставят вопрос о соответствующих средствах измерений. Скорее, даже не о прикладных средствах измерений, к чему привыкли, а о многофункциональных программно-вычислительных комплексах на базе современных ПЭВМ, способных не только заглянуть за рубеж 5 ГГц, но и достоверно, точно и надежно работать в этой области частот с «высокоскоростными» и сложными сигналами.

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.

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

Что же сегодня нам предлагают производители такого рода приборов, именуемых (в кругах производителей и потенциальных потребителей) классом high end в области исследования формы и параметров СВЧ-сигналов? Как выясняется, таких производителей можно пересчитать по пальцам одной руки. Изготовление осциллографов в диапазоне 3–6 ГГц «осилили» три общепризнанных гранда: Tektronix, LeCroy и Agilent Technologies. Данные производители достаточно хорошо известны среди специалистов.

Согласно изучению сектора рынка СИ, проведенного компанией Prime Data (независимая организация по экспертной оценке в промышленности), и ее выводам, общий объем продаж цифровых осциллографов, за исключением достаточно простых моделей, вырос с $638 млн в 1994 году до $1051 млрд, достигнутого в 2000 году (самый высокий уровень). По итогам календарного 2002 года объемы реализаций на рынке немного снизились и составили около $808 млн. По оценке Prime Data, три самых крупных производителя цифровых осциллографов, без учета простых (портативных) моделей, в течение 2002 года осуществили продажи на рынке в следующем процентном соотношении: Tektronix («Tektronix») — 51,4%, LeCroy — 14,4% и Agilent Technologies — 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 расширения кругозора, попытаемся помочь читателю полезной информацией при выборе такого рода средства измерений.

Компания LeCroy не является новичком на рынке средств измерений. Она была образована в 1964 году, в настоящее время штаб-квартира находится в США, дочерние компании 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 и производству средств измерения, главным направлением компания выбрала создание многофункциональных анализаторов сигналов (схемотехника + прикладной софт + уникальные патентованные технологии). Годовой торговый оборот по итогам 2003 финансового и налогового года составил свыше $107 млн.

Прежде всего, хотелось конкретизировать круг специалистов, сфер научно-технической и производственной деятельности, для которых в первую очередь предназначена 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 таких, безусловно, уникальных комплексов.

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 уменьшения времени обработки входного сигнала при выводе на дисплей. Технология X-Stream позволяет решить эту техническую проблему.

Идея технологии X-Stream основана на том, что входной сигнал поступает на SiGe АЦП и оцифровывается в реальном времени с частотой 10 Гигавыборок в секунду. После чего сигнал разбивается на пакеты и хранится 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 позволила обеспечить непревзойденную другими производителями скорость преобразования входного сигнала, выведения и продвижения цифрового потока данных (то есть X-Stream) после работы АЦП, а также синхронную и взаимоувязанную работу памяти DRAM и центрального процессора (фактически ПЭВМ) посредством использования шины PCI и 1-Гбит 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 используются осциллографы WaveRunner 6000, перекрывающие диапазон от 350 МГц до 2 ГГц, особенно необходимые 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 есть выходные интерфейсы GPIB, RS-232-C, USB (5), видеовыход SVGA, 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 Мбайт (режим объединения каналов) в стандартной комплектации и до 24 Мбайт — набор опций. На рисунке представлен «флагман» цифровых запоминающих осциллографов серии WaveRunner — модель 6100, а в таблице — основные технические характеристики по всей серии WaveRunner 6000.