Le due nuove schede digitalizzatrici PCIe della famiglia M5i di Spectrum Instrumentation offrono funzioni di analisi avanzate e di acquisizione del segnale nella gamma dei GHz.

I digitalizzatori a uno o due canali, combinano un'elevatissima velocità di campionamento, pari a 10 GS/s, con una risoluzione verticale di 12 bit e la capacità di streaming dei dati fino a 12,8 GB/s (sul bus PCIe).

Per ottenere questa eccezionale velocità di trasmissione dei dati in streaming, le schede sfruttano la tecnologia del bus PCIe Gen3 a 16 corsie.

Digitalizzatori serie M5i di Spectrum Instrumentation per l'acquisizione ed elaborazione di segnali in tempo reale ad alta velocità e risoluzioneI dati acquisiti possono così essere inviati direttamente alla memoria del PC per essere archiviati, oppure per essere trattati da CPU e GPU per effettuare analisi ed elaborazione del segnale personalizzate.

Le schede integrano degli stadi di ingresso con larghezza di banda superiore a 3 GHz e fino a 16 GB (8 Gcampioni) di memoria di acquisizione

Con una risoluzione di 12 bit, queste schede digitalizzatrici offrono una gamma dinamica migliore rispetto alla maggior parte dei convenzionali strumenti di misura e collaudo. Per esempio, assicurano una risoluzione 16 volte superiore rispetto a molti oscilloscopi digitali, che in genere impiegano convertitori analogico-digitali a 8 bit.

La risoluzione aggiuntiva consente di eseguire le misure con un rapporto segnale/rumore (SNR), accuratezza e precisione migliori. Inoltre permette di acquisire e caratterizzare dettagli fini del segnale spesso non rilevati da dispositivi a risoluzione inferiore.

Queste schede sono progettate per gestire una varietà di segnali come quelli presenti nei sistemi di trasmissione dati, nei sistemi di collaudo dei semiconduttori, nella spettroscopia, nei sistemi ottici e nella fisica quantistica.

I circuiti front-end hanno una larghezza di banda superiore a 3 GHz con valori a fondo scala programmabili da ±200 mV a ±2,5 V, oltre a un offset variabile.

Le acquisizioni sono eseguibili in modalità di registrazione di eventi singoli o di più forme d’onda. La funzionalità di registrazione multipla divide la memoria integrata in segmenti e consente l’acquisizione di numerosi eventi, anche a velocità del trigger molto alte; è quindi particolarmente adatte per effettuare indagini su bus seriali o su dispositivi che utilizzano processi di risposta allo stimolo, come quelli impiegati in sistemi LIDAR e RADAR.

Per ulteriore flessibilità, la memoria integrata è utilizzabile anche come un buffer circolare, funzionante in modo analogo a un oscilloscopio convenzionale, o come un buffer FIFO, per lo streaming continuo di dati all’ambiente PC.

Per acquisire più facilmente i segnali più elusivi, si può scegliere fra varie modalità di trigger interne o esterne. Sono disponibili sia la modalità di trigger convenzionale sul fronte, sia metodi più sofisticati come Window, Re-Arm, Or/And (logico), Software e Delay.

Sul panello anteriore delle schede sono presenti connettori SMA per gli ingressi di canale, di clock e di trigger oltre che per le uscite nonché quattro linee I/O digitali multifunzionali. I connettori aggiuntivi per il clock e il trigger permettono di sincronizzare la scheda con ulteriori digitalizzatori o altri dispositivi di misura.

La dotazione delle schede include sia tutti gli strumenti necessari per usarle in un PC con sistema operativo Windows o Linux sia un kit di sviluppo software (SDK) che consente di programmarle con quasi tutti i linguaggi più diffusi – C, C++, C#, Delphi, VB.NET, J#, Python, Julia, Java, LabVIEW e MATLAB.

L’SDK contiene librerie di tutti i driver necessari ed esempi di programmazione. In alternativa, per chi non desidera scrivere autonomamente il codice, Spectrum offre SBench 6 Professional, un potente software di misura che offre controllo completo della scheda insieme a una miriade di funzioni di visualizzazione, analisi, memorizzazione e documentazione.

Un importante fattore che distingue le schede PCIe di Spectrum Instrumentation è la loro capacità di trasmissione dati bidirezionale in streaming con una GPU basata su CUDA, una funzionalità resa possibile dal pacchetto SCAPP (Spectrum’s CUDA Access for Parallel Processing) di Spectrum Instrumentation, disponibile come opzione a costo contenuto e che comprende i driver per il supporto della GPU basata su CUDA, consentendo di sviluppare routine di elaborazione personalizzate. Per agevolare l’uso iniziale, il pacchetto include esempi operativi, modificabili e utilizzabili per operazioni più complesse. Questa opzione è ideale per chi deve eseguire elaborazioni intensive di dati, come il calcolo continuo della media ai fini della riduzione del rumore o FFT a M punti per l’analisi spettrale.

Un’altra opzione (M5i.33xx-spavg) disponibile per queste nuove schede è la funzione integrata di calcolo della media delle somme, uno strumento molto utile per ridurre il rumore del segnale indesiderato e che al tempo stesso può migliorare la risoluzione delle misure oltre i 12 bit standard dei digitalizzatori, assicurando una gamma dinamica più ampia e un SNR migliore.

Quest’ultima opzione utilizza la tecnologia FPGA (Field Programmable Gate Array) integrata nelle schede per eseguire la media delle forme d’onda anche quando queste vengono campionate alla massima velocità di 10 GS/s. Ne risulta una capacità di calcolo delle media ad altissima velocità – fino a 15 milioni di eventi al secondo – grazie al tempo morto estremamente breve: meno di 40 ns tra un evento e l’altro.

La famiglia di schede M5i.33xx comprende di cinque modelli, con uno o due canali, permettendo di scegliere fra velocità di campionamento pari a 3,2 o 6,4 oppure 10 GS/s e larghezze di banda pari a 1, 2 o 3 GHz.