In questo articolo della Rubrica Firmware Reload analizzeremo caratteristiche e prestazioni del nuovo strumento di misura proposto da Spectrum Instrumentation.
Introduzione
Sempre più applicazioni nel settore della ricerca industriale e non solo richiedono nuovi strumenti di acquisizione dati e misura caratterizzati da costi contenuti, elevate prestazioni, supporto per ingresso multicanale, disponibilità d’interfacce standard e facilità d’uso. Tra le nuove proposte presentate di recente sul mercato segnaliamo il digitizerNETBOX (Figura 1) di Spectrum Instrumentation, azienda tedesca leader nella realizzazione di schede e soluzioni per la digitalizzazione del segnale.
Figura 1. Il digitizerNETBOX di Spectrum
ACQUISIZIONE MULTICANALE SINCRONA
Il digitezerNETBOX ha fattore di forma 19” - 2U e dispone fino a 16 canali di ingresso con risoluzione di conversione A/D fino a 16 bit e frequenza di campionamento fino a 62,5 MSample/s. I diversi canali dispongono di catene di condizionamento ed acquisizione completamente indipendenti, consentendo così il campionamento sincrono dei segnali in ingresso (ovvero senza ritardo di fase tra di essi, come mostrato in Figura 2) e una riduzione significativa dei problemi di cross-talk tra canali adiacenti.
Figura 2. Il digitizerNETBOX implementa campionamento sincrono dei segnali d’ingresso
Per ogni ingresso è possibile programmare indipendentemente fino a 8 diversi livelli di tensione (da ±50 mV a ±10V), tensione di offset e tipo di terminazione, valore di impedenza di ingresso ed accoppiamento. Gli ingressi sono inoltre programmabili come di tipo single-ended (con riferimento ad una massa comune) o (a due a due) true-differential. Lo strumento è alimentato da una tensione di rete standard 110/230 VAC ma è disponibile anche nelle versioni con alimentazione in bassa tensione a 12 o 24 VDC per applicazioni mobile. Il digitizerNETBOX dispone di capacità di calibrazione a bordo (eseguibile su richiesta dell’utente), per la correzione degli errori sistematici dovuti alle variazioni dei parametri di lavoro del circuito per invecchiamento. I dati di calibrazione sono salvati su una memoria non volatile (EEPROM) locale. Lo strumento può inoltre essere fornito con ingressi digitali accessori per applicazioni di tipo mixed-signals.
DIVERSE MODALITÀ DI ACQUISIZIONE E TRIGGER
Il digitizerNETBOX può operare in diverse modalità tra cui Fifo Mode, Ring Buffer o ABA Mode. Nel primo caso, i dati acquisiti sono inviati in streaming verso il sistema host remoto (attraverso porta GbE, come di seguito specificato), utilizzando la memoria a bordo come semplice buffer temporaneo. In modalità Ring Buffer, invece, il digitizerNETBOX implementa le tipiche funzionalità di un oscilloscopio multi-canale, con la possibilità di catturare segnali transienti. I campioni digitalizzati sono, infatti, memorizzati nella memoria locale fino all’occorrenza dell’evento di trigger definito. E' possibile definire non solo le regioni di pre-trigger e post-trigger (come in un tipico oscilloscopio, vedi Figura 3a) ma anche registrazioni multiple (Figura 3b) partizionando la memoria stessa in diversi segmenti così da consentire l’acquisizione del segnale in corrispondenza di altrettanti eventi di trigger consecutivi.
In più, nella modalità ABA Mode, è possibile (Figura 3d) registrare i segnali di ingresso selezionati ad una frequenza di campionamento più bassa, combinando così le funzioni di registratore di transienti con quelle di un tipico data logger. E' possibile definire una condizione di trigger per ogni singolo segnale analogico di ingresso, scegliendo tra livello, fronte o finestra e con la possibilità di definire condizioni di re-arming dello strumento che consentano di filtrare eventi spuri dovuti a rumore. In aggiunta sono resi disponibili due ingressi di trigger (di cui uno può anche essere usato come trigger di uscita), di tipo TTL standard. Diverse condizioni di trigger possono inoltre essere combinate tra loro logicamente per definire complesse tipologie di evento per l’avvio della registrazione. Vi è inoltre la possibilità di time-stamping dell’evento di trigger con risoluzione di 1 campione; il digitizerNETBOX supporta segnali di riferimento per il tempo generati da ricevitori GPS o IRG-B. Oltre che con trigger, il sistema può inoltre operare in modalità Gated Sampling (Figura 3c), in cui i campioni acquisiti (in un numero programmabile) sono memorizzati in memoria solo se un certo segnale di riferimento supera una soglia prestabilita. La memoria a bordo è di base di 512 MSample (1 GByte) ma può essere espansa fino a 2 GSample (4 GByte).
Figura 3. Il digitizerNETBOX può operare in diverse modalità : a) transient capture/ring buffer ; b) multiple recording; c) gated sampling; d) ABA mode
SCHEMA DI CLOCK FLESSIBILE
Il digitizerNETBOX può operare con clock interno, generato mediante PLL o ingresso esterno. Il PLL opera da 1 KHz fino alla massima frequenza di campionamento dello strumento, è programmabile con granularità inferiore a 1% del range e si caratterizza per una stabilità al di sotto di 20 ppm. Oltre che come segnale di clock, l’ingresso esterno (tipicamente alla frequenza di 10 MHz) può essere usato come ingresso di riferimento per l’aggancio in fase del PLL.
CONTROLLO REMOTO E INTERFACCE HW/SW STANDARD
Il digitizerNETBOX può essere controllato mediante porta GbE, connesso direttamente ad un host remoto o alla rete aziendale tramite hub/switch. E' fornito il driver di basso livello per Windows e Linux. Inoltre, lo strumento è compatibile con la specifica LXI e supporta pertanto i driver IVI, il che rende possibile l’utilizzo di software di terze parti per il controllo e la configurazione. E' inoltre previsto il supporto per LabVIEW (con la disponibilità di differenti librerie dinamiche e VI di esempio) e MATLAB (per cui sono invece distribuiti una serie di mex-files per accesso alle API del driver di basso livello e, al solito, m-files di esempio).
UN SOFTWARE PROPRIETARIO DI CONTROLLO E MISURA
Oltre che alle soluzioni di terze parti citate, il digitizerNETBOX è compatibile anche con il software di misura proprietario SBench di Spectrum (Figura 4). Disponibile per PC host con sistema operativo Windows (incluso Windows 8) e Linux (sotto KDE/GNOME) Sbench è un ambiente grafico di controllo, configurazione e acquisizione dati con funzionalità di elaborazione in tempo reale, caratterizzato da interfaccia utente intuitiva e di facile impiego (grazie anche ad una serie di funzioni drag&drop). Dispone, tra le altre cose, di finestra per la visualizzazione dei segnali acquisiti, con la possibilità di scaling indipendente per ognuno di essi. Integra funzioni per il calcolo della FFT di un segnale, così da trasformare lo strumento in un analizzatore di spettro. Offre funzioni di registrazione su unità disco del PC host, supportando architetture RAID per registrazioni ad elevato data rate.
Figura 4. Il software di controllo e misura Sbench di Spectrum
