Il numero fa impressione (e magari anche il prezzo), ma l'oscilloscopio real-time con larghezza di banda di 100 GHz è diventato una realtà.

Teledyne LeCroy ha realizzato un sistema di campionamento da 240 Gs/s che consente di acquisire in tempo reale i segnali più veloci, ad esempio quelli usati nei sistemi di comunicazione ottici di nuova generazione con modulazioni complesse.

L'oscilloscopio a 100 GHz LabMaster 10-100Zi nasce per analizzare e comprendere i più veloci fenomeni che si utilizzano nei diversi laboratori di R&D dove ingegneri e ricercatori si dedicano ad attività di sviluppo che vanno dai sistemi di comunicazione di prossima generazione, ai componenti elettrici ad elevata banda, e alla ricerca scientifica di base.

Ad esempio, uno dei primi prototipi del nuovo oscilloscopio LabMaster 10-100Zi è stato recentemente usato da Alcatel-Lucent per dimostrare il ricevitore ottico coerente a più alta banda in grado di rilevare un segnale a 160 Gbaud QPSK.

Peter Winzer, ricercatore dei celeberrimi Bell Labs, oggi facenti parte della struttura di ricerca di Alcatel-Lucent, commenta così la sua esperienza con l'oscilloscopio da 100 GHz:

“Mentre ricerchiamo nuovi modi per aumentare la quantità di dati che le future reti di comunicazione ottiche saranno in grado di trasmettere, abbiamo dimostrato il corretto funzionamento di un sistema prototipale raggiungendo la capacità record di 160 GBaud con modulazione QPSK. La banda di 100 GHz e il campionamento da 240 GS/s sono stati fondamentali nella realizzazione di questo sistema e ci emoziona vedere che Teledyne LeCroy ha spinto la tecnologia degli oscilloscopi ad uno stadio in cui la banda passante non è più un fattore limitante per la nostra ricerca; attualmente essa eccede la banda del trasmettitore e del convertitore ottico-elettrico nel ricevitore.”

Lo sviluppo di sistemi di comunicazione ottiche sempre più veloci è senza dubbio una delle applicazioni principali che hanno stimolato lo sviluppo di uno strumento del genere.

Esistono però anche altre applicazioni avanzate che richiedono l'acquisizione in tempo reale di segnali a larghissima banda, tipicamente di breve durata, come ad esempio nel campo della ricerca sulle alte energie.

A 240 GS/s, i campioni vengono acquisiti ad intervalli di 4,17 ps, il 50% più velocemente dei campionatori della categoria immediatamente inferiore, mantenendo una eccellente ricostruzione del segnale

La magia del sistema di acquisizione DBI

La realizzazione di uno strumento con banda di 100 GHz presuppone, oltre alla capacità di realizzare stadi di ingresso analogici a bassissimo rumore, anche la necessità di realizzare sistemi di conversione analogico/digitale di velocità adeguata per rispettare il ben noto teorema del campionamento.

In questo caso Teledyne LeCroy nello strumento LabMaster 10-100Zi prevede una velocità di campionamento massima di 240 Gs/s, un valore che supera quanto oggi reperibile tra i convertitori analogico/digitali.

Ecco allora che entra in gioco la tecnologia DBI (Digital Bandwidth Interleaving) brevettata anni fa da Teledyne LeCroy e già ampiamente utilizzata in altri modelli di oscilloscopi della serie LabMaster.

In estrema sintesi, la tecnologia DBI, anziché adottare l'interlacciamento (interleaving) nel dominio del tempo per far lavorare più convertitori A/D in parallelo, tecnica molto comune negli oscilloscopi digitali real-time di ogni tipologia, effettua una conversione del dominio della frequenza del segnale di ingresso, suddividendolo in porzioni che tramite un mixer vengono riportate in banda base per essere digitalizzate in parallelo da convertitori A/D a velocità inferiore.

Nel caso del nuovo oscilloscopio LabMaster 10-100Zi, il segnale di ingresso viene ripartito in tre bande di frequenza tramite tre filtri, dando luogo a un segnale nella banda 0-35 GHz, uno nella banda 35-66,5 GHz e uno nella banda 66,5-100 GHz.

Tramite due mixer, i segnali delle frequenze superiori vengono convertiti in banda base e tutti e tre i segnali risultanti vengono simultaneamente campionati e convertiti in forma numerica tramite dei convertitori A/D alla velocità ridotta, si fa per dire, di 80 Gs/s.

Dopo la conversione dei tre flussi in parallelo, tramite un DSP si ricostruisce il segnale unico mantenendo la larghezza di banda di 100 GHz e compensando le distorsioni introdotte da filtri e miscelatori.

 L’oscilloscopio più veloce per i segnali più veloci

L'oscilloscopio TeledyneLeCroy LabMaster 10-100Zi è realizzato tramite la piattaforma modulare e flessibile LabMaster 10 Zi. Più moduli di acquisizione di questa piattaforma, combinati con un modulo di controllo master, permettono di realizzare sistemi sino a venti canali di acquisizione, ciascuno anche da 100 GHz.

Gli oscilloscopi LabMaster 10 Zi sono costituiti da un singolo LabMaster Master Control Module (MCM-Zi) che contiene il display, l’unità di controllo, e l’architettura ChannelSync per la distribuzione del clock; il tutto sotto il controllo di una potente CPU server-class.

E’ possibile collegare fino a 20 moduli di acquisizione, incluso il modello LabMaster 10-100Zi, per ottenere sistemi fino a ottanta canali a 36 GHz, venti canali a 100 GHz, o qualunque combinazione tra questi.

LabMaster 10-100Zi offre già pacchetti software integrati nell'oscilloscopio. Poichè i segnali molto veloci richiedono spesso una analisi altamente specifica, lo strumento è fornito di serie con il pacchetto XDEV, che consente all'utente di eseguire script MATLAB personalizzati in-stream.

Per facilitare l'analisi completa di segnali ottici coerenti quali quelli con modulazioni DP-QPSK e DP-16QAM, è disponibile il pacchetto per l’analisi di modulazione ottica Optical-LinQ.

Inoltre, il pacchetto SDAIII-CompleteLinQ esegue analisi specifiche sui diagrammi ad occhio, di jitter e di rumore fino a quattro linee simultaneamente, mentre per le misure multicanale l'architettura brevettata ChannelSynch del LabMaster 10 Zi  fornisce un sincronismo  tra i canali con jitter canale-canale <130 fs, una precisione irraggiungibile mediante le tecniche convenzionali di sincronizzazione tra due oscilloscopi indipendenti con un clock a 10 MHz,

Analisi di modulazione ottica integrata

Il software Optical-LinQ, sviluppato in collaborazione con Coherent Solutions, è stato progettato per eseguire una completa analisi di modulazione ottica sui segnali acquisiti oscilloscopio.

Optical-LinQ può analizzare segnali I & Q prevenienti dal ricevitore dell’utente, oppure da uno dei ricevitori ottici coerenti della serie IQScope-RT di Coherent Solutions.

Optical-LinQ include una libreria di algoritmi DSP per il recupero e la ricostruzione di segnali I & Q, che possono essere analizzati con una grande varietà di visualizzazioni e misure. Un oscilloscopio LabMaster 10 Zi, un ricevitore IQScope-RT ed il software Optical-LinQ costituiscono una soluzione completa per l'analisi delle modulazioni sui segnali ottici.

E’ possibile anche abbinare script MATLAB personalizzati alle funzioni matematiche integrate nell'oscilloscopio o alle funzioni del software Optical-LinQ, analizzando i dati mentre questi vengono acquisiti. Il codice DSP personalizzato è eseguito in tempo reale effettuando diverse analisi su diagrammi a occhio, diagrammi a costellazione e misure parametriche.

L'oscilloscopio Teledyne LeCroy LabMaster 10-100Zi è disponibile da subito ad un prezzo da listino che parte da €877.000