ห้องปฏิบัติการด้าน RF และไมโครเวฟกำลังเผชิญกับความท้าทายหลายประการในปัจจุบัน เช่น ระยะเวลาที่จำกัดในการได้มาซึ่งผลการทดสอบที่แม่นยำ รวมถึงงบประมาณด้านการลงทุนที่ลดลง นอกจากนี้ ความท้าทายที่สำคัญของห้องปฏิบัติการในยุคปัจจุบันยังรวมถึงการผสานระบบวิทยุเข้ากับการออกแบบระบบฝังตัว (Embedded Design) ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนในการทดสอบ อีกทั้งยังมีปัญหาด้าน EMI ใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เหตุการณ์ตามโปรโตคอลเฉพาะจำเป็นต้องถูกกระตุ้นในระหว่างการทดสอบ และผลลัพธ์จะต้องถูกส่งออกในรูปแบบตารางเพื่อนำไปวิเคราะห์หรือจัดทำเอกสารเพิ่มเติม
ข้อมูลจากบัสอนุกรมความเร็วต่ำสามารถบันทึกได้ด้วยออสซิลโลสโคป และเมื่อใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์วิเคราะห์ก็สามารถถอดรหัสและตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลได้ นอกจากนี้ การมีแหล่งจ่ายไฟบนโต๊ะทดสอบที่มีความเสถียรและความแม่นยำสูงก็เป็นสิ่งจำเป็น เนื่องจากค่าความคลาดเคลื่อนของรางไฟฟ้า (Power Rail) มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นและวัดได้ยากขึ้น ในการออกแบบอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ตัวขยายสัญญาณ CMOS, วงจรรวมเฉพาะงาน (ASIC) และหน่วยความจำ DRAM มักมีรางไฟหลายระดับแรงดัน เช่น -5V, +1.2V, +3.3V, +5V และบางครั้งอาจสูงกว่านี้สำหรับอุปกรณ์อย่าง GaN Amplifier อีกทั้งโหมด Sleep และ Wake ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมการทำงานของวงจรอย่างถูกต้อง
เมื่อไม่นานมานี้ Rohde & Schwarz ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านเครื่องมือทดสอบคุณภาพสูงแม้ว่าจะมีราคาค่อนข้างสูง ได้เปิดตัวเครื่องมือวัดรุ่นใหม่ในกลุ่ม Value Instruments สำหรับงานอิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูง โดยแนวคิดหลักคือการบรรจุความสามารถจำนวนมากไว้ในตัวเครื่องที่ออกแบบอย่างชาญฉลาด มีน้ำหนักประมาณ 10 ปอนด์ ซึ่งคาดว่าจะช่วยเปลี่ยนแปลงรูปแบบการใช้งานเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ในสถาบันการศึกษา ศูนย์วิจัยและพัฒนา ห้องปฏิบัติการผลิตของธุรกิจขนาดเล็ก และแม้กระทั่งการใช้งานของนักอิเล็กทรอนิกส์สมัครเล่น
เครื่องมือประเภทนี้ ซึ่งไม่ได้มีเฉพาะของ Rohde & Schwarz เท่านั้น กำลังสร้างแนวทางใหม่สำหรับการวัดในห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์ที่นำเสนอมีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบามาก จนหากให้ใครถือโดยไม่เห็นตัวเครื่องอาจคิดว่าเป็นเพียงกล่องรองเท้า หรือเมื่อสัมผัสปุ่มควบคุมอาจคิดว่าเป็นเพียงโมเดลจำลอง ไม่ใช่อุปกรณ์ขนาดใหญ่แบบติดตั้งบนแร็กหรือรถเข็นล้อเลื่อนเหมือนในอดีต
ในกรณีนี้ ผู้ผลิตได้นำเสนอ “กลุ่มผลิตภัณฑ์เครื่องมือวัดที่คุ้มค่า ตั้งแต่ระดับเริ่มต้นจนถึงระดับกลาง โดยเน้นเทคโนโลยีสำคัญ 5 ประการ” ซึ่งประกอบด้วยผลิตภัณฑ์มากกว่า 100 รายการ และอุปกรณ์เสริมกว่า 300 รายการ เช่น ออสซิลโลสโคป เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม แหล่งจ่ายไฟความแม่นยำสูง และเครื่องกำเนิดสัญญาณ (ดูรูปที่ 1)
ด้วยคุณภาพและความแม่นยำสูงตามมาตรฐานที่ผู้ใช้งานคาดหวังจาก Rohde & Schwarz เครื่องมือในกลุ่ม Value Instruments รุ่นใหม่ถูกผลิตในโรงงานเดียวกันในยุโรปกับผลิตภัณฑ์ระดับสูงของบริษัท ด้วยประสบการณ์ยาวนานกว่าแปดทศวรรษและวิศวกรรมเยอรมันที่มีชื่อเสียง เครื่องมือในกลุ่มนี้จึงสามารถมอบประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับงานวัดและทดสอบในห้องปฏิบัติการทั่วไปของมหาวิทยาลัย รวมถึงศูนย์วิจัยและพัฒนาได้อย่างมีประสิทธิภาพ
“ที่ Rohde & Schwarz เราภาคภูมิใจในคุณภาพและวิศวกรรมแบบเยอรมันที่ลูกค้าคุ้นเคยมานานกว่า 85 ปี” Bob Bluhm รองประธานฝ่าย Value Instruments ของ R&S กล่าว “ด้วยการเปิดตัวสายผลิตภัณฑ์ Value Instruments เราได้ท้าทายทีมวิศวกร RF ระดับสูงของเราให้สร้างเครื่องมือที่มีคุณภาพ ความสามารถ และประสิทธิภาพในระดับเดียวกัน แต่ตอบโจทย์ตลาดที่ต้องการความคุ้มค่า และพวกเขาก็ทำได้อย่างยอดเยี่ยม เพียงลองถามวิศวกรที่ใช้งานผลิตภัณฑ์เหล่านี้ คุณจะพบว่าเครื่องมือเหล่านี้มีคุณสมบัติที่โดดเด่นในราคาที่เข้าถึงได้มากกว่า”
Value Instrument Oscilloscopes
ในอดีต ออสซิลโลสโคปเคยถูกเรียกว่า Oscillograph และด้วยการพัฒนาของหน้าจอดิจิทัลและความสามารถที่เพิ่มขึ้น ก็อาจทำให้ชื่อของอุปกรณ์ประเภทนี้มีการเปลี่ยนแปลงอีกในอนาคต ออสซิลโลสโคประดับ Value ในปัจจุบันมีความสามารถมากกว่าการเป็นเครื่องมือวัดแบบดั้งเดิม โดยรวมเครื่องมือหลายประเภทไว้ในอุปกรณ์เดียว เช่น Logic Analyzer, Protocol Analyzer, เครื่องกำเนิดรูปคลื่นและแพทเทิร์น (Waveform and Pattern Generator) รวมถึงโวลต์มิเตอร์
ตัวอย่างเช่น ออสซิลโลสโคปในกลุ่ม Value Instruments เหล่านี้มาพร้อมแนวคิด “พลังของเลข 10” โดยมีตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลแบบ 10 บิต (10-bit A/D Converter) ซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะในระดับเดียวกัน มีหน่วยความจำหลายสิบล้านตัวอย่าง (Msamples) และหน้าจอสัมผัสขนาด 10.1 นิ้ว ที่ให้ความละเอียดสูงสุดในระดับเดียวกันที่ 1280 × 800 พิกเซล
เทคโนโลยีตัวแปลงสัญญาณ A/D แบบ 10 บิต ช่วยให้รูปคลื่นมีความคมชัดและรายละเอียดของสัญญาณมากกว่าตัวแปลงสัญญาณแบบ 8 บิตแบบดั้งเดิม ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการแสดงรายละเอียดของสัญญาณได้มากถึงสี่เท่า
ผู้ใช้งานต้องการคุณสมบัติที่คุ้มค่ามากขึ้น เช่น ราคาที่ต่ำลงแต่ให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น หน้าจอสัมผัสขนาดใหญ่ และความละเอียดในแนวตั้งที่มากขึ้น ออสซิลโลสโคปรุ่น RTB2000 (ดูรูปที่ 2 และ 3) มาพร้อมหน้าจอสัมผัสแบบ Capacitive ขนาด 10.1 นิ้ว ช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้งานเมนูแบบป๊อปอัปได้อย่างรวดเร็ว รวมถึงปรับสเกลสัญญาณด้วยการซูมหรือเลื่อนรูปคลื่นได้อย่างสะดวก หน่วยความจำความลึก 10 Msample มีให้ใช้งานในทุกช่องสัญญาณเมื่อเปิดใช้งานครบทุกช่อง และสามารถเพิ่มเป็น 20 Msample เมื่อใช้งานแบบ interleaved ซึ่งมีความจุมากกว่าออสซิลโลสโคประดับเดียวกันถึงสิบเท่า ทำให้สามารถบันทึกสัญญาณได้ยาวขึ้นและนำไปวิเคราะห์ได้ละเอียดมากขึ้น ตัวเครื่องรองรับช่วงความถี่ตั้งแต่ 70 ถึง 300 MHz โดยใช้ตัวแปลงสัญญาณ A/D รุ่นใหม่และวงจรด้านหน้าที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ ทำให้สามารถวัดสัญญาณที่มีความละเอียดในแนวตั้งได้อย่างแม่นยำ การผสานแนวคิดการใช้งานอัจฉริยะกับเทคโนโลยี “พลังของเลข 10” ทำให้เครื่องมือนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแก้ไขปัญหาการออกแบบระบบฝังตัวระหว่างการพัฒนา รวมถึงการใช้งานในห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัย สายการผลิต และแผนกบริการ
สำหรับรุ่นที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ออสซิลโลสโคป RTM3000 รองรับช่วงความถี่ที่กว้างขึ้นตั้งแต่ 100 MHz ถึง 1 GHz โดยใช้ตัวแปลงสัญญาณ A/D แบบ 10 บิตที่พัฒนาขึ้นเฉพาะ ซึ่งให้ประสิทธิภาพดีกว่าตัวแปลงสัญญาณ 8 บิตแบบทั่วไปถึงสี่เท่า ช่วยให้ผู้ใช้งานเห็นรูปคลื่นที่คมชัดและรายละเอียดของสัญญาณมากยิ่งขึ้น เช่นเดียวกับรุ่น RTB2000 รุ่น RTM3000 มาพร้อมหน้าจอสัมผัสแบบ Capacitive ขนาด 10.1 นิ้วในตัวเครื่องขนาดกะทัดรัด ซึ่งเป็นหน้าจอแบบ Capacitive ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและให้ความละเอียดสูงที่สุดในระดับเดียวกัน (1290 × 800 พิกเซล)
ออสซิลโลสโคประดับ Value ประสิทธิภาพสูง
ออสซิลโลสโคป RTA4000 ถูกออกแบบด้วยความสมบูรณ์ของสัญญาณ (Signal Integrity) ที่โดดเด่นในระดับเดียวกัน พร้อมหน่วยความจำความลึกพิเศษที่ตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เทคโนโลยี “พลังของเลข 10” ก้าวไปสู่อีกระดับหนึ่ง R&S®RTA4000 ได้รับการพัฒนาเพื่อแก้ไขปัญหาด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณโดยเฉพาะ ช่วยให้ผู้ใช้งานไม่ต้องลดทอนความแม่นยำของการวัดแม้จะใช้อุปกรณ์ที่มีราคาคุ้มค่า
เมื่อเปรียบเทียบกับออสซิลโลสโคปในระดับเดียวกัน รุ่นนี้มาพร้อมหน่วยความจำความลึกพิเศษเป็นมาตรฐาน โดยมีความจุ 100 Msample ต่อช่องสัญญาณ หรือ 200 Msample ในโหมด interleaved พร้อมอัตราการอัปเดตสัญญาณที่รวดเร็ว คุณสมบัติด้านสัญญาณรบกวนต่ำที่โดดเด่นช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้ประโยชน์จากความละเอียดของสัญญาณได้อย่างเต็มที่ และสามารถแสดงสัญญาณที่อาจถูกซ่อนอยู่ในสัญญาณรบกวนของออสซิลโลสโคปทั่วไป
เทคโนโลยี High-Resolution Decimation ช่วยให้สามารถแสดงความละเอียดในแนวตั้งได้สูงถึง 16 บิต ซึ่งถือเป็นความละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนในเครื่องมือระดับ Value Instruments อุปกรณ์รุ่นนี้มีราคาเริ่มต้นประมาณ 6,000 ดอลลาร์สหรัฐ รองรับช่วงความถี่ตั้งแต่ 200 MHz ถึง 1 GHz มีความไวในการวัดสูงถึง 500 µV ต่อช่องสเกล (µV/div) และมีความแม่นยำของฐานเวลา (Time-base Accuracy) สูงถึง ±0.5 ppm เพื่อให้การวัดมีความแม่นยำแม้ในช่วงเวลาการวัดที่ยาวนาน
RTA4000 เหมาะสำหรับการใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่การแก้ไขปัญหา EMI (EMI Debugging) ไปจนถึงการวิเคราะห์ระบบพลังงานและความสมบูรณ์ของพลังงาน (Power Integrity และ Power Analysis) อีกทั้งยังสามารถปรับตัวให้รองรับความต้องการของโครงการที่เปลี่ยนแปลงไป ทำให้สามารถรองรับการใช้งานและการพัฒนาในอนาคตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมกลุ่ม Value Instruments
ต่อมา ทีมงาน HFE ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมรุ่น FBC1500 (ดูรูปที่ 4) โดยมีการต่อเสาอากาศแนวตั้งเข้ากับพอร์ตอินพุต และสามารถสังเกตเห็นสัญญาณที่น่าจะเป็นสัญญาณจากเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ในพื้นที่ตามที่คาดไว้ กิจกรรมของเครือข่าย 4G LTE ในพื้นที่สามารถเห็นได้ในช่วงความถี่ต่ำกว่า 800 MHz รวมถึงสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบดั้งเดิมที่อยู่ใกล้ช่วงความถี่ประมาณ 900 MHz
เมื่อกล่าวถึงความคุ้มค่า เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมระดับเริ่มต้นบางรุ่นที่มีราคาต่ำกว่า 3,000 ดอลลาร์สหรัฐ ถือเป็นอุปกรณ์เพียงไม่กี่รุ่นในตลาดที่มีความสามารถแบบสามในหนึ่ง ได้แก่ เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายแบบเวกเตอร์ (Vector Network Analyzer) และเครื่องกำเนิดสัญญาณ โดยรุ่น FPC1500 (ดูรูปที่ 5) รองรับช่วงความถี่ตั้งแต่ 5 kHz ถึง 1 GHz และสามารถอัปเกรดขีดจำกัดความถี่สูงสุดเป็น 2 GHz หรือ 3 GHz ได้ เครื่องมือนี้มีระดับสัญญาณรบกวนพื้นฐานต่ำมากที่ -165 dBm (ค่าทั่วไปเมื่อใช้ร่วมกับพรีแอมพลิไฟเออร์)
นอกจากนี้ เครื่องมือนี้ยังสามารถวัดสัญญาณ RF ได้สูงถึง 1 วัตต์ (+30 dBm) และยังทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณ RF อีกด้วย โดยมีทั้ง Tracking Generator และเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบ Continuous Wave (CW) ที่ทำงานแยกอิสระ
เครื่องมือนี้ยังมาพร้อมเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายแบบเวกเตอร์ชนิดพอร์ตเดียว (One-Port Vector Network Analyzer) ที่รองรับการแสดงผลแบบ Smith Chart รวมถึงเครื่องกำเนิดสัญญาณ สะพานวัดอัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดัน (VSWR Bridge) ภายใน แหล่งกำเนิดสัญญาณอิสระ และสามารถตั้งค่าความกว้างแบนด์วิดท์ของความละเอียด (Resolution Bandwidth) ได้ต่ำสุดถึง 1 Hz
ตัวเครื่องมีหน้าจอขนาด 10.1 นิ้ว ความละเอียด Wide XGA/WXGA (1366 × 768 พิกเซล) รองรับการเชื่อมต่อ Wi-Fi และสามารถควบคุมการทำงานจากระยะไกลได้ นอกจากนี้ยังรองรับการใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ iOS, Android และคอมพิวเตอร์พีซี พร้อมคุณสมบัติระดับสัญญาณรบกวนพื้นฐานต่ำและรองรับกำลังสัญญาณอินพุตสูงสุดได้ดี ข้อมูลที่วัดได้สามารถบันทึกลงในอุปกรณ์เหล่านี้ และสามารถจัดเก็บ นำกลับมาใช้งาน หรือส่งไปพิมพ์ผ่านเครื่องพิมพ์ได้ตามต้องการ