O pagină pe pagina de cunoștințe a Tabloului de bord

Pe măsură ce utilizarea tehnologiei circuitelor digitale devine mai frecventă în jucării, prăjitoare de pâine, aparate de radio și alte produse de consum, apar noi provocări în tehnicile de testare și măsurare. De exemplu, microcontrolerul de patru biți de ieri a evoluat în dispozitive de mare viteză pe 16 și 32 de biți. În același timp, este proiectat pentru o tensiune de 3 V pentru a reduce consumul de dispozitive portabile. Cu toate acestea, frecvențe mai mari ale semnalului în aceste circuite logice de putere redusă reprezintă mai mult o provocare de proiectare, cauzând adesea probleme grave în integritatea semnalului digital.

Circuitele logice mai rapide, atunci când sunt utilizate împreună cu microprocesoare mai complexe, reprezintă o provocare mai mare și o sarcină mai complexă de depanare pentru artiști și tehnicieni care dezvoltă echipamente electronice de consum și industriale. Ca urmare, proiectantul mediu trebuie să facă față și problemelor care au apărut în trecut numai în cele mai convenabile sarcini de proiectare, cum ar fi rularea semnalului, probleme de sincronizare, pericole, tranzitorii etc. Și, desigur, datorită provocării urgente a concurenței pe piață, aceste probleme trebuie rezolvate rapid și precis.

Acestea sunt condiții care necesită instrumente de măsurare și depanare, în special osciloscoape, care răspund noilor provocări. Cercetătorii au nevoie de instrumente care să ajute la rezolvarea rapidă a problemelor și nu este doar o chestiune de lățime de bandă. Cu alte cuvinte, osciloscopul trebuie mai întâi să ajute utilizatorul să recunoască rapid că a apărut o problemă, apoi să-l ajute pe inginer să identifice problema și să găsească în cele din urmă cauza.

Acest articol urmărește să facă lumină asupra modului în care Osciloscopul digital cu fosfor (DPO) aduce opțiuni noi, importante pentru depanarea circuitelor digitale.

Pentru a rezolva problema, trebuie mai întâi să o recunoaștem

Majoritatea osciloscoapelor, inclusiv timpurile analogice (ART) și osciloscoapele cu control digital (DSO), nu au capacitățile și caracteristicile necesare pentru a ține pasul cu dezvoltarea lumii digitale. Luați în considerare, de exemplu, problema clarității semnalului care este obișnuită în proiectarea digitală: un tranzitor îngust poate afecta serios funcționarea circuitului. Osciloscopul analogic, chiar dacă lățimea sa de bandă este suficientă pentru a detecta evenimentul, nu este capabil să-l afișeze cu o luminozitate adecvată. Un semnal principal mult mai puternic ascunde acest semnal.

În plus, osciloscopul analog oferă puține oportunități de a stoca, analiza sau anula pulsul. Deși un DSO mai rapid poate capta un tranzitoriu, acesta nu poate fi afișat în timp real, cu excepția caracterului care se repetă. Ca urmare, apare ca și cum tranzitorul apare la fel de des ca semnalul principal.

DPO reprezintă o categorie complet nouă în afișarea acestor tipuri de semnale. Afișajul digital cu fosfor DPO este capabil să reproducă cu precizie semnalul digital și eroarea intermitentă cu detalii scalate în timp real, cu intensitate luminoasă, asemănătoare osciloscopului analogic. Acest lucru se datorează unui ordin mai mare de captare a semnalului comparativ cu DSO cu performanțe similare. Acesta este un avantaj semnificativ dacă sarcina este de a prezenta probleme periodice similare cu cele tranzitorii. Sistemul său de captare a semnalului este activ pe o perioadă de timp mult mai mare, astfel încât DPO este de câteva ori mai probabil să capteze impulsuri și evenimente rare.

În al doilea rând, afișajul modulat al intensității luminii în timp real al DPO oferă detalii despre „istoricul” activității semnalului în timp, facilitând detectarea problemei capturate. Acesta luminează zonele în care raza de semnal rulează mai frecvent, similar cu osciloscopul analogic. Un eveniment rar este mai întunecat decât forma principală de semnal, care se repetă în mod constant, dar este încă foarte vizibilă și se distinge. Modificările pot fi văzute imediat, pe măsură ce se fac. Modularea luminozității este, de asemenea, foarte utilă pentru afișajul digital pentru ochi și jitter.

Figurile 1a și 1b arată cât de clar poate fi reprodusă activitatea semnalului prin intermediul modulației intensității luminii.

Figura 1a: Pulsul de interferență de pe afișajul DSO nu este vizibil sau este incert

Figura 1b: Pulsul de interferență apare la o intensitate mai mică pe afișajul DPO

Declanșatorul ajută la eliminarea semnalului de interferență

După ce ați selectat sonda potrivită, o gamă largă de opțiuni de declanșare este esențială pentru depanarea. Aveți nevoie de un DPO cu declanșare logică completă. Modurile de declanșare ar trebui să includă starea, lățimea impulsului, amplitudinea redusă, rampa de semnal etc. declanșat. Prin setarea declanșatorului corect, problema poate fi ușor identificată și se poate efectua analiza cauzelor.

Fenomenul cursei, pericolul, este adesea o problemă atunci când se proiectează noi circuite digitale, mai ales că pragurile de tensiune s-au apropiat și sincronizarea a devenit mai critică. Unul dintre rezultatele pericolului este un tranzitoriu, un impuls care este mult mai îngust decât semnalele de date normale din circuit. Majoritatea sistemelor digitale determină lățimea minimă a impulsului semnalului de date valid și lățimea impulsului de sub acesta trebuie anulată. Declanșarea lățimii pulsului (PW), disponibilă în majoritatea DPO-urilor, este un instrument eficient pentru detectarea tranzitorilor.

Când utilizați declanșatorul PW, puteți regla lățimea, polaritatea și nivelul așa cum este descris mai sus. În plus, este disponibil un meniu „începeți dacă.”, Care vă permite să selectați dintre următoarele condiții de sincronizare: mai mică decât (lățimea impulsului specificată), mai mare decât, egală sau inegală. De obicei, va fi utilizată condiția „mai puțin de”. Astfel, atunci când osciloscopul începe să ruleze, captează impulsuri care sunt mai înguste decât valorile specificate.

Declanșarea stării, dacă este disponibilă, este metoda ideală pentru urmărirea evenimentelor care au consecințele unui „semnal de preț” (sau ar trebui să fie). Declanșarea stării ajută la verificarea faptului că datele ajung în ordinea corectă pentru transmiterea sincronă. Sistemul de declanșare monitorizează două intrări: „starea” sau intrarea de date și semnalul de timp (care nu trebuie să fie un impuls de semnal de timp, o singură ieșire de stare care permite introducerea datelor). De exemplu, în Figura 2, semnalul Release (WE) este utilizat ca semnal de preț. DPO este setat să se declanșeze atunci când semnalul de date este „adevărat” (1) și semnalul de dezactivare se schimbă de la 1 la 0. Atenuarea apare atunci când semnalul de date este valid? În exemplul nostru: da. Sosirea semnalizării permite osciloscopului să verifice semnalul de date primite și constată că semnalul este valid în momentul tranziției WE. Dispozitivul începe captura și afișează cele două semnale.

2. бbra. Declanșarea stării confirmă faptul că semnalul de eliberare ajunge la ora corectă.

Ideal pentru rezolvarea problemelor

Circuitele digitale de astăzi devin din ce în ce mai provocatoare pentru dispozitivele de măsurare tradiționale. Creșterea frecvențelor semnalului, ferestrele cu tensiune mai mică și creșterea complexității funcționale cauzează noi probleme în tehnologia de măsurare.

Proiectanții și testerii au nevoie de o nouă metodă pentru a vedea, măsura și analiza în mod clar aceste semnale.

DPO simplifică sarcinile de proiectare și depanare cu afișarea timpului cu intensitate luminoasă și un sistem sofisticat de declanșare, oriunde sunt necesare măsurători digitale.

Osciloscopul cu fosfor digital combină cele mai bune caracteristici ale lumii analogice și digitale, reprezentând toate caracteristicile importante ale unei forme de undă în trei dimensiuni: amplitudine, timp și intensitate de timp. Acest lucru se realizează prin DPO emulând digital procesul chimic care creează o schimbare treptată a intensității luminii pe tubul catodic al osciloscopului analogic. Figura 3 prezintă o diagramă bloc simplificată a DPO.

Figura 3. Diagrama bloc simplificată a DPO

Fosforul digital este potrivit pentru captarea și afișarea celor trei dimensiuni ale informațiilor, care pot fi atribuite arhitecturii de procesare a semnalului paralel care integrează sistemul de afișare și de achiziție a semnalului. Rețineți că microprocesorul DPO nu se află sub controlul afișajului. Procesorul efectuează sarcini de automatizare și analiză a măsurătorilor. Această soluție este foarte diferită de cea utilizată în DSO, unde fiecare bit al datelor afișate pe ecran trebuie să treacă prin microprocesor, procesor care efectuează și calcule, controlează oscilatoarele etc.

Această procesare paralelă oferă DPO o rată remarcabilă de captare a semnalului comparabilă cu caracteristicile osciloscoapelor în timp real. DSO-urile tradiționale eșantionează doar o fracțiune foarte mică din timp - mai puțin de 1%. În restul timpului, este afișată forma de undă și, ca urmare, activitatea semnalului care apare nu este luată în considerare. În schimb, DPO generează direct forma de undă care trebuie afișată în sistemul de captare a semnalului cât de repede permite declanșarea semnalului. Ca urmare, imaginea afișată urmărește activitatea semnalului în timp real, iar informațiile bogate ale semnalului reflectă cu exactitate forma de undă.

Modul „post-iluminare” este utilizat în unele DSO-uri pentru a produce o schimbare a intensității luminii. Dar aceste tehnici se bazează pe procesarea ulterioară, nu în timp real, a formei de undă captată de tehnica tradițională. Instalația de post-iluminare necesită stocarea multor „imagini” în memoria afișată, dar timpul pentru a produce forma de undă care trebuie afișată este limitat de limita scăzută de captare a semnalului DSO. DPO, pe de altă parte, integrează afișajul și sistemul de achiziție a semnalului într-o singură unitate, asigurând astfel afișarea în timp real a tuturor dimensiunilor informațiilor de semnal, care pot fi văzute continuu în același mod ca osciloscopul analogic.

DPO-urile, utilizate pentru prima dată numai în cele mai critice aplicații de proiectare, au venit acum sub formă de dispozitive mici și ușoare, dar cu caracteristicile excepționale necesare pentru a testa semnalele digitale de mare viteză. De exemplu, seria Tektronix TDS3000 DPO are o lățime de bandă de până la 500 MHz, dar este extrem de mică și ușoară (3,2 kg). De asemenea, este furnizată o baterie opțională. Acestea fac ca aceste DPO să fie ideale pentru lucrul pe biroul de proiectare, precum și în locații îndepărtate.

Conectarea corectă la marca de comandă este importantă

Introducerea semnalului de comandă în osciloscop este primul pas important în toate măsurătorile. Până acum, capetele de măsurare pasive utilizate în mod obișnuit tocmai erau potrivite pentru măsurarea circuitelor digitale standard. Cu toate acestea, atunci când măsurați semnale digitale de 3V cu o frecvență mai mare a semnalului, este esențial un cap de măsurare atent selectat, deoarece acesta asigură că capul de măsurare nu încarcă circuitul de măsurare și nu distorsionează semnalul de măsurare. Pe măsură ce frecvențele omniprezente și frecvențele semnalului cresc, sondele pasive comune încep deja să distorsioneze semnalul: rotunjesc colțurile impulsurilor de cvadratură, aducând revărsări în tranzitorii și crescând semnalul. În plus, unii chiar împovărează de fapt sutienul măsurat. Apar problemele anterioare care nu sunt probleme reale, în timp ce problemele reale - un impuls sau o întârziere de creștere - rămân ascunse.

Adesea o sondă activă este cea mai bună soluție. Un cap de măsurare activ sau FET are un circuit de control de la distanță încorporat, a cărui funcție este de a izola semnalul de măsurare de la contor și efectele inductive și capacitive ale intrării osciloscopului. Sondele active necesită o sursă de alimentare echilibrată, care poate fi furnizată de o unitate de alimentare separată sau de intrarea sondei proprii a osciloscopului.

Figura 4 arată diferența dintre forma de undă și formele de undă prezentate folosind sonda activă. Contorul este un invertor CMOS. Timpul real de creștere este de aprox. 1,28 ps.

Forma de undă superioară este prezentată de un TDS3000 DPO cu o sondă pasivă convențională de 10X. Semnalul inferior arată aceeași intrare, dar măsurat utilizând o sondă activă Tektronix P6243. Capacitatea de intrare de 1pF a acestei sonde înseamnă o sarcină minimă, în timp ce dimensiunile sale fizice reduse o fac potrivită pentru măsurarea elementelor de circuit montate mici. Interfața integrată TekProbe Level II a TDS3000 alimentează sonda P6243. Interfața este, de asemenea, potrivită pentru o selecție largă de capete de măsurare active, de înaltă frecvență, ampermetru și diferențial, precum și capete de măsurare pasive convenționale 10X. Interfața capului de măsurare asigură alimentarea cu energie acolo unde este nevoie și transmite semnalul măsurat, care este corectat automat în funcție de nivel și de mână.

Este ușor de observat diferența dintre cele două forme de undă. Sonda activă oferă caracteristici exacte de creștere, în timp ce cea pasivă reduce panta de creștere. Această distorsiune prezintă riscul de a trage inferențe în depanare, deoarece un puls îngust poate rămâne invizibil.!

Figura 4: Forma de undă prezentată de sonda activă pasivă și P6243 de la aceeași sursă