LeCroy vient de poser un jalon qui fera date dans la longue histoire des oscilloscopes : le WaveExpert 9000 qu’elle vient d’annoncer présente en effet une bande passante de 100 GHz. C’est un nouveau record, cela va sans dire.
Ces derniers temps, Agilent Technologies et Tektronix ont ferraillé dur pour gagner les quelques gigahertz qui leur manquait pour établir un nouveau record de bande passante. On en était resté à 15 GHz. Et voilà que LeCroy convoque en grandes pompes la presse européenne pour annoncer une bande passante de 100 GHz. On serait ainsi passé en quelques semaines de 15 GHz à 100 GHz…
En fait, on ne parle pas de la même chose. Certes, il s’agit dans les deux cas d’oscilloscopes numériques, qui échantillonnent le signal (analogique ou numérique série), le numérisent, le mémorisent et l’affichent à l’écran. La différence entre les deux approches se situe au niveau de la procédure d’échantillonnage. Les modèles d’Agilent et Tektronix évoqués sont des modèles “temps réel”, sur lesquels on échantillonne à une fréquence très élevée (40 Géch/s pour le modèle à 15 GHz de bande passante de Tektronix) le signal d’entrée de façon à le restituer en temps réel sur l’écran. Il en va tout autrement pour le modèle que vient d’annoncer LeCroy. Il s’agit d’un oscilloscope dit “à échantillonnage” et en tant que tel il impose d’emblée une contrainte : il n’est utilisable que si l’on affaire à des signaux périodiques.
La technique d’échantillonnage consiste à prendre un échantillon toutes les n périodes du signal, à un instant décalé par rapport à l’échantillon précédent (donc tous les nT + t, si T est la période du signal), et à recueillir ensuite tous les échantillons obtenus pour reconstruire la forme du signal. Avec une fréquence d’échantillonnage relativement basse (quelques centaines de kHz), il est ainsi possible de reconstruire des signaux de plusieurs dizaines de GHz…
Outre leur capacité d’analyser des signaux périodiques de fréquence très élevée, les oscilloscopes à échantillonnage (“sampling oscilloscope”) présentent une résolution nettement plus élevée (14 bits) que celle des oscilloscopes numériques (“Digital Sampling Oscilloscope” ou DSO) classiques, limités à 8 bits (du moins ceux qui travaillent dans le domaine du GHz).
La principale application visée par le WaveExpert 9000 concerne l’évaluation de bus série rapides (PCI Express deuxième génération, SATA troisième génération, Fibre Channel 8,5 Gbit/s, Ethernet 10 Gbit/s, etc.). Les principaux concurrents sur le marché sont l’Agilent DCA‑J et le Tektronix CSA8200, qui présentent tous deux une bande passante de 70 GHz.
Sur le WaveExpert 9000, les innovations se situent principalement à deux niveaux : le mode d’échantillonnage et la tête d’échantillonnage.

Un mode d’échantillonnage inédit
L’appareil offre les modes classiques que l’on trouve sur les oscilloscopes à échantillonnage : mode séquentiel et mode entrelacé aléatoire (ce mode est par exemple intéressant pour mesurer des signaux d’impulsions sans signal de déclenchement externe). Il y a un troisième mode, qui fait toute la différence. C’est l’échantillonnage entrelacé cohérent (CIS, “Coherent Interleaved Sampling”). On n’en sait pas grand-chose au moment où nous mettons sous presse, la procédure de dépôt des brevets n’étant pas achevée. Jean Laury, responsable des ventes pour la France, indique quand même que « la base de temps d’échantillonnage entrelacé cohérent utilisée sur le WaveExpert 9000 s’inspire des portes d’échantillonnage à verrouillage de phase sur le signal d’horloge. Cette technique assure une fréquence d’échantillonnage élevée et un traçage précis du débit numérique du signal. La nature cohérente de la porte d’échantillonnage permet au système de se verrouiller sur la séquence de données simplement en connaissant sa longueur ». Il est ainsi possible de capturer et afficher de très longs signaux de données sérielles sans avoir besoin d’un déclencheur à séquence externe.

Une ouverture d’échantillonnage rectangulaire
Le saut accompli au niveau de la bande passante a une deuxième explication. Celle-ci réside dans la nouvelle tête d’échantillonnage développée par Picosecond Pulse Laboratoires avec une technologie monolithique. Cette tête utilise une ligne de transmission non linéaire brevetée dans le circuit de génération des impulsions d’échantillonnage : on obtient ainsi une ouverture d’échantillonnage rectangulaire (et non gaussienne, comme habituellement), qui atteint presque 100 % de rendement et permet d’obtenir une gigue très faible (pour le mode d’échantillonnage CIS, la gigue est inférieure à 200 fs). Cette tête a permis de porter à 10 Méch./s la fréquence d’échantillonnage, ce qui est selon Lecroy “100 fois mieux que les instruments existants dans cette catégorie” (l’Agilent DCA‑J travaille à 100 Kéch./s et le Tektronix CSA8200 à 200 Kéch./s)

Fort en calculs
Outre les analyses classiques du signal, l’appareil permet aussi de faire des mesures de réflectométrie (mesure de r, des paramètres S, de l’impédance) : il est en effet capable de délivrer une impulsion TDR de 20 ps de temps de montée. Un des points forts du WaveExpert 9000 réside dans sa capacité à faire des calculs. Il dispose en effet de 33 fonctions mathématiques et 98 fonctions de mesure. Il peut par exemple effectuer des FFT (et donc réaliser de l’analyse spectrale). On retrouve aussi une autre spécialité de LeCroy : la capacité mémoire, qui est de 4 Méch. par canal (100 et 200 Kéch., respectivement pour les modèles Agilent et Tektronix déjà cités). Il permet également de rapidement créer un diagramme de l’œil (3 Méch./s).
Le WaveExpert 9000 a un clone, le SDA 100G. A la base, il s’agit en fait du même instrument. La différence de nom s’explique par la volonté d’attaquer deux domaines d’applications un peu différents, en proposant aux utilisateurs concernés des appareils spécifiquement adaptés à leurs besoins. Tandis que le WaveExpert 9000 est destiné aux applications générales d’analyse de l’intégrité d’un signal (avec notamment l’analyse du diagramme de l’œil et la mesure en réflectométrie), le SDA 100G adresse les applications d’analyse de données sérielles, avec des mesures de gigue (instabilités sur les instants d’arrivée des fronts montants et descendants) très précises.
Aux Etats-Unis, le WaveExpert 9000 a été annoncé à 21 500 $ et le SDA 100G à 41 500 $.

Quelques caractéristiques
· 4 voies
· Bande passante de 100 GHz
· Mémoire de 4 Méch. (extensible à 512 Méch.) par voie
· 5 modules d’entrée pour signaux électriques : bandes passantes de 20 GHz, 30 GHz, 50 GHz, 70 GHz, and 100 GHz
· 2 modules d’entrée pour signaux optiques : bandes passantes de 25 GHz and 50 GHz
· Gigue pour le mode d’échantillonnage CIS : <200 fs
· Sur option, générateur pseudo-aléatoire intégré : longueurs de séquences de (2⁷ – 1) à (2³¹ – 1) bits