CC BY
131881
технологии I измерительная аппаратура
Новые технологии в современных осциллографах,
сокращающие время тестирования
Ричард МАРкли (Richard MARKLEY)
Осциллографы, как и весь мир электроники, постоянно развиваются, в них появляются новые функции, но при этом цены остаются вполне доступными практически для каждого. Дополнительные возможности, такие как встроенный генератор сигналов стандартной формы, большой дисплей, высокая скорость обновления сигналов и способность работы с цифровыми сигналами (встроенный логический анализатор), имеются сегодня и в осциллографах, цена которых немногим более $1000. кроме того, есть ряд функций, которыми осциллографы обладают на протяжении уже многих лет, но о которых вы можете даже не знать. каждая из этих возможностей позволяет инженерам экономить драгоценное время в процессе разработки и отладки устройств.
Встроенный генератор сигналов стандартной формы
Если вы заглянете в современную лабораторию инженера-конструктора, то наверняка обнаружите там несколько широко распространенных приборов. В первую очередь вы, скорее всего, увидите осциллограф, а затем — генератор сигналов стандартной формы. К сожалению, генератор сигналов удается найти далеко не всегда: возможно, его позаимствовали коллеги, а может быть, для него просто не хватило места на рабочем столе. Но если у вас есть осциллограф со встроенным генератором сигналов стандартной
формы, например Agilent InfiniiVision серии 2000 X или 3000 X, то у вас всегда будет возможность генерировать входные испытательные сигналы для своей разработки — и не надо искать генератор. Кроме того, вы можете более рационально по сравнению с автономным прибором использовать рабочее пространство стола и расходовать средства. При этом для настройки генератора сигналов и осциллографа используется один и тот же графический пользовательский интерфейс (рис. 1).
Встроенный генератор сигналов стандартной формы помогает инженерам сэкономить массу времени. Этот прибор является иде-
альным инструментом и для преподавателей, так как при оснащении новой учебной лаборатории позволяет сберечь и время, и место, и средства. Кроме того, некоторые серии осциллографов могут поставляться вместе со специализированным комплектом преподавателя, который помогает существенно сократить время на разработку лабораторных работ, основанных на использовании учебных сигналов.
Большой дисплей
Первое, что обращает на себя внимание при взгляде на осциллограф, — это дисплей: его размер и четкость изображения. Наличие дисплея, достаточно большого, чтобы на нем можно было легко наблюдать и сами сигналы, и результаты их измерений, математической обработки и анализа, является огромным достоинством: не нужно скрывать меню, чтобы просмотреть весь сигнал, а затем снова показывать его, чтобы увидеть режимы измерений. Кроме того, дисплей с более высоким разрешением позволяет отобразить больше информации. Так, например, экран с разрешением WVGA и диагональю 8,5 дюйма (21,6 см) имеет почти вдвое большую полезную площадь и в пять раз большее разрешение, чем QVGA-дисплей с диагональю 5,7 дюйма (14,5 см).
Скорость обновления сигналов
Старая поговорка «Неведение — благо» может быть иногда верной, но определенно не в тех случаях, когда редко повторяющаяся помеха (глитч) препятствует нормальной
I I nlAï ?
i 1 scat Agilent
^L'^U'll! :.'П
Níirmnl ffi.DMÏdA
вУНОШ
Щ 5114
Ч . Strife ■V tiirp
i — SC
Wi«. - апт Ф lAlt.'STO"^ iL F'ill-J
nVni
;i£.)jHi- f.
i ПЙЩ
Amciiiiijf
itDnffi
ее '0 01
ОС
WWLhfre
ИИ 1Юи:
IÎ_ Rita Lan^i
Рис. 1. Настройка встроенного генератора сигналов стандартной формы с помощью большого дисплея осциллографа
измерительная аппаратура i технологии
189
Рис. 2. Декодирование сигналов шин CAN и LIN с одновременным отображением пакетов данных в виде таблицы с упорядочением по времени (Lister)
работе устройства. Осциллографы являются основным инструментом для поиска неисправностей и отладки устройств, а осциллограф, обладающий высокой скоростью обновления, способен сэкономить массу времени и избавить разработчика от множества проблем.
Что такое «скорость обновления»? Это параметр, показывающий, насколько быстро осциллограф способен произвести запуск сбора данных, обработать захваченную информацию, отобразить ее, а затем подготовиться к следующему запуску. Время между запусками иногда называют также «мертвым временем». Чем выше скорость обновления (или чем меньше мертвое время), тем больше вероятность того, что осциллограф сможет обнаружить редко происходящие события. В настоящее время самое высокое значение скорости обновления имеют осциллографы Agilent серии 3000 X — более 1 000 000 сигналов в секунду. Это почти в 200 раз больше, чем у любой другой серии осциллографов с ценой от $2810.
Цифровые каналы
Вы когда-нибудь испытывали потребность в нескольких дополнительных каналах в вашем осциллографе? А может быть, вам было нужно несколько логических каналов, но вы не можете себе позволить приобрести полноценный логический анализатор? В таком случае осциллограф смешанных сигналов (MSO) — это то, что вам нужно. В MSO традиционные аналоговые каналы осциллографа объединены с 8 или 16 цифровыми каналами. Осциллограф, в котором эти цифровые каналы интегрированы в аппаратную часть прибора (в отличие от отдельного модуля логического анализатора), способен обеспечить широкий набор возможностей запуска.
Примером того, как осциллограф смешанных сигналов может помочь сэкономить время, является отладка интерфейса DDR. У обычных осциллографов не хватает каналов для запуска по пакетам чтения или записи, а MSO может обеспечить запуск по более чем четырем каналам, что позволяет отделять пакеты чтения от пакетов записи. Осциллографы Agilent MSO-X 2000 — это первая в отрасли серия, в которой представлены интегрированные, модернизируемые, 8-канальные осциллографы смешанных сигналов по цене от $1200.
Возможность модернизации
В нынешней экономической ситуации практически повсеместно бюджеты все более и более сокращаются. Осциллограф, как правило, является основным инструментом инженера-конструктора, однако зачастую бывает очень сложно постоянно иметь под рукой прибор, который соответствовал бы растущей сложности современных проектов.
Одним из способов решения этой проблемы является модернизация существующего оборудования. Значительно легче получить несколько тысяч долларов на модернизацию уже имеющихся осциллографов, чем добиться выделения достаточных средств на закупку совершенно новых приборов. В некоторых сериях осциллографов, например Agilent 3000 X, их возможности могут быть расширены за счет добавления новых измерительных приложений, цифровых каналов, генератора сигналов стандартной формы, увеличения глубины памяти или даже полосы пропускания (вплоть до 500 МГц) — и все это без замены прибора. Помимо того что такая модернизация позволяет сохранить деньги, она еще и помогает сберечь время, так как большая часть этих обновлений осуществляется простым вводом лицензионного ключа.
Приложения
В первую очередь, осциллографы предназначены для визуализации сигналов. Вместе с тем они тоже со временем развиваются и могут использоваться для решения специализированных прикладных задач. Осциллограф с опцией запуска по сигналам последовательной шины CAN и их декодирования будет декодировать сигналы шины CAN и, таким образом, предоставлять информацию на уровне протокола в дополнение к сигналам физического уровня (рис. 2). Это помогает сэкономить колоссальное количество времени по сравнению с процессом подсчета единиц и нулей и декодирования шины вручную. Кроме того, система запуска осциллографа адаптирована для работы с протоколами. В результате прибор обеспечивает возможность запуска по определенным пакетам или кадрам данных, в отличие от стандартной системы запуска осциллографа.
Еще одним примером функции, сокращающей время тестирования, является режим сегментированной памяти. В этом режиме осуществляется оцифровка лишь той информации, которая нужна пользователю. Преобразование в цифровую форму только данных, заданных в настройках, позволяет экономнее распоряжаться объемом памяти и захватывать данные в течение значительно более длительных промежутков времени. Режим сегментированной памяти является идеальным средством при захвате любых пульсирующих сигналов, например пачек радиолокационных импульсов, последовательных пакетов/кадров данных и т. д. На рис. 3 приведен пример использования режима сегментированной памяти при захвате 1000 пачек импульсов. Обратите внимание, что состоящий из пачек импульсов сигнал длительностью 3,99 с был захвачен с частотой дискретизации 2 Гвыборок/с. Для захвата 1000 пачек с частотой дискретизации 2 Гвыборки/с с использованием обычного осциллографа без сегментированной памяти потребовалось бы почти 8 Гвыборок памяти.
Тестирование по маске — это приложение, которое превращает обычный осциллограф в прибор для тестирования по критерию «Годен/Не годен». Тестирование по маске позволяет сравнивать сигналы с заведомо правильной осциллограммой. Можно заранее настроить осциллограф на выполнение каких-либо действий, которые будут выполняться в случае, если осциллограф обнаружит нарушение маски. Эта функция сама по себе обеспечивает существенное сокращение времени на выявление и устранение неисправностей, но она может стать еще более эффективной, если при этом используется осциллограф, способный проводить тестирование по маске очень быстро. Осциллографы Agilent серии 3000 X могут выполнять до 280 000 тестов в секунду, что позволяет быстро определить, соответству-
1901
технологии I измерительная аппаратура
J ' ' /
v | [ i ! W
\ / / w J
V v
lk/ТГТП III ;Г *Г| Г| ITfcbirHi tЛ
^_¡Sugrr»* I Timr
ICD'D I L'DJ
Рис. 3. Использование режима сегментированной памяти при захвате 1000 пачек импульсов
ПП: ю т» Srcp f : i DSV ■У;>) Agilent
Normnl
____x—— -1 ffilHah
iHomjj Mm) О Scire*
■'.J, I h]flif ^UlcW.i I Ш 1-1 и 1КЯ5БМ Г уГ-.l Icsli 2.79312H SWIei Filing OQ:CO:lC.2 1-iljrT, hi иг n Hstf Sign»
tj.goji* 5.5: Б . -1
L"Ji3
IDC DC DC [DC
Рис. 4. Сравнение сигнала с заведомо качественной осциллограммой с помощью функции тестирования по маске
ет ли разрабатываемое устройство ожидаемому результату (рис. 4). Обратите внимание, что в течение всего 10 секунд было захвачено почти 2,8 млн сигналов. При этом было выявлено 85 ошибок, в результате интенсивность отказов составила 0,0030%.
Другие функции, позволяющие экономить время
Осциллографы обладают множеством других функций, позволяющих экономить время, но вы можете даже не догадываться
об их наличии. Так, с помощью некоторых осциллографов можно проводить поиск в записи сигнала определенных событий (например, всех фронтов, имеющих время нарастания менее 20 нс, или всех ошибок четности в сигнале шины RS232).
Большинство осциллографов обеспечивают работу в режиме высокого разрешения и в режиме усреднения. Оба этих режима позволяют эффективно повысить вертикальное разрешение осциллографа вплоть до 12 бит, что помогает уменьшить шум и сгладить изображение сигнала на экране. Другие приемы работы с зашумленными сигналами включают режим подавления шумов и подавление высоких частот. В режиме подавления шумов в схему запуска добавляется гистерезис, который делает ее менее чувствительной к шуму (но при этом может потребоваться повышение амплитуды сигнала для более надежного срабатывания системы запуска). В режиме подавления высоких частот в тракт системы запуска включается дополнительный фильтр нижних частот на 50 кГц, который устраняет нежелательные шумы, например от АМ- или ЧМ-радиостанций.
Еще одна функция, которой обладает большинство осциллографов, — это функция быстрого преобразования Фурье (БПФ). С помощью этой функции можно видеть частотный спектр исследуемого сигнала, что может быть чрезвычайно полезно при определении причины появления шумов в сигнале (например, гармоник частоты сети электропитания) или при точной настройке фильтра.
Экономия времени
Работаете ли вы с импульсными радиолокационными сигналами или занимаетесь отладкой шины CAN, осциллографы, которые при этом используются, продолжают совершенствоваться, в них появляются новые, неизвестные ранее возможности ускорения тестирования — от большого дисплея для отображения большего количества данных о сигнале до возможности расширения полосы пропускания. При этом осциллографы всегда остаются приборами, которые помогают вам сэкономить время и средства в процессе разработки новых устройств. ■
