CC BY
55Дэйв айрленд (Dave Ireland)
Введение
Последняя серия осциллографов смешанных сигналов MSO5000 сочетает в себе характеристики осциллографа с функциональностью высокопроизводительного 16-канального логического анализатора, имеющего частоту дискретизации до 16,5 Гвыборок/с на каждом канале и обеспечивающего декодирование протоколов и запуск по сигналам параллельных и последовательных шин. В этой связи MSO становится наиболее предпочтительным инструментом для быстрой отладки цифровых схем с использованием возможностей мощной системы запуска, захвата данных с высоким разрешением и инструментов анализа данных.
Существенное преимущество осциллографов смешанных сигналов заключается в возможности захвата как цифровых, так и аналоговых характеристик сигнала и отображении их в коррелированном по времени виде, что позволяет получить полное представление о целостности цифровых сигналов.
настройка цифровых порогов
Цифровые каналы осциллографа смешанных сигналов обеспечивают представление цифрового сигнала либо в виде «высокого» логического уровня (лог. «1»), либо в виде «низкого» логического уровня (лог. «0») — точно так же, как «видит» сигнал цифровая схема. Это означает, что пока помехи в виде «звона», выбросов или колебания в шине заземления не вызывают логических переходов, эти аналоговые явления не представляют интереса для MSO. Так же как и в логическом анализаторе, в осциллографе смешанных
Осциллографы смешанных сигналов серии MSO5000:
расширенные возможности отладки аналого-цифровых систем
разработчики современных цифровых систем сталкиваются с проблемой все возрастающей их сложности. При этом типовые схемы включают различные аналоговые сигналы, высоко- и низкоскоростные линии последовательной цифровой передачи данных, а также микропроцессорные шины. Основные причины многих цифровых проблем могут быть быстро локализованы путем анализа сигнала в аналоговом и цифровом представлении, что делает осциллограф смешанных сигналов (Mixed Signal Oscilloscope, MSO) идеальным инструментом для проверки и отладки цифровых схем.
сигналов для определения «высокого» или «низкого» логического уровня используется пороговое напряжение.
Осциллографы серии MSO5000 обеспечивают настройку пороговых значений на каждом цифровом канале, что особенно полезно при отладке схем со смешанными семействами логики. В других осциллографах смешанных сигналов настройка порогов может осуществляться только поблочно (блок цифровых пробников включает группу из восьми каналов), так что, например, на один из блоков могут подаваться сигналы Т^ (транзисторно-транзисторная логика), а на второй — сигналы LVPECL (низковольтная положительная эмиттерно-связанная логика).
Подготовка к сбору цифровых данных
При подготовке осциллографов смешанных сигналов к сбору цифровых данных решаются две основные задачи. Во-первых, как и в логическом анализаторе, пороги цифровых каналов MSO настраиваются в соответствии со значениями сигналов подлежащих измерению семейств логических схем, что позволяет обеспечить корректное определение логических уровней. Так как захват аналогового сигнала начинается с кончика пробника, осциллографы серии MSO5000 оснащаются инновационной системой пассивных пробников с емкостной нагрузкой всего 3,9 пФ в полосе пропускания до 1 ГГц. В этой связи второй задачей является осуществление коррекции асимметрии каналов для точной корреляции по времени между аналоговыми и цифровыми каналами (рис. 1).
В целях упрощения цифровых измерений MSO позволяет компенсировать задержку распространения в логическом пробнике, в результате чего отпадает необходимость проведения процедуры выравнивания пробников цифровых каналов.
режимы сбора данных по времени и состояниям
Цифровые сигналы могут захватываться двумя способами: в режиме сбора данных по времени и в режиме сбора данных по состояниям (рис. 2). В режиме сбора данных по времени MSO осуществляет оцифровку входного сигнала через равные промежутки времени, определяемые частотой дискретизации осциллографа. В каждой точке выборки прибор запоминает логическое состояние сигнала и на этой основе создает временную диаграмму сигнала. В режиме сбора данных по состояниям определяются особые моменты времени, в которых логические состояния цифрового сигнала являются действительными и стабильными: обычная ситуация для синхронных и тактируемых цифровых схем.
Логические анализаторы обеспечивают сбор данных и по времени (асинхронный режим), и по состояниям (синхронный режим). Захват сигналов в цифровых каналах осциллографа смешанных сигналов осуществляется аналогично тому, как это происходит в логическом анализаторе, работающем в режиме сбора данных по времени. Осциллограф может декодировать собранные данные и представлять их в виде синхронизированной шины или в виде таблицы событий, которая похожа на дисплей регистрации состояний логического анализатора.
Цветовая кодировка цифровых осциллограмм
Цифровые временные диаграммы очень похожи на аналоговые осциллограммы, за исключением того, что на них отображаются только «высокие» и «низкие» логические уровни. Чаще всего анализ собранных временных данных заключается в определении логических значений в определенные моменты времени и измерении промежутков времени между логическими переходами в одном или нескольких сигналах. Для упрощения анализа в MSO используется отображение цифровых сигналов с цветовой кодировкой. Она позволяет выводить на экран, например, «низкие» логические уровни синим цветом, а «высокие» логические уровни — зеленым. В результате пользователь может видеть логическое состояние сигнала, даже если переход не отображается на экране. Цвет метки осциллограммы может соответствовать цветовой кодировке пробников, чтобы можно было сразу видеть, какой сигнал соответствует данной контрольной точке (рис. 3).
Цифровые осциллограммы могут быть сгруппированы для создания шины. Один цифровой сигнал определяется как младший значащий разряд, а остальные цифровые сигналы представляют другие разряды двоичного числа вплоть до старшего значащего разряда. Затем MSO декодирует данные шины в двоичный или шестнадцатеричный код. Кроме того, осциллограф смешанных сигналов может формировать таблицу событий, в которой отображаются логические состояния в виде двоичных или шестнадцатеричных чисел. Каждое состояние снабжается временной меткой, что упрощает измерения интервалов времени.
Новые осциллографы смешанных сигналов серии MSO5000 могут также декодировать параллельные шины с использованием
синхронизированных или несинхронизиро-ванных форматов. В случае синхронизированного декодирования MSO определяет логическое состояние шины либо по переднему, либо по заднему, либо по обоим фронтам сигнала, обозначенного как тактовый. Это означает, что на шине показываются только действительные переходы, за исключением каких-либо переходов, которые происходят, когда данные не действительны. В случае несинхронизированного декодирования MSO декодирует шину в каждой точке выборки, показывая каждый переход на шине. При использовании синхронизированного декодирования отображение декодированных данных шины и таблица событий очень похожи на дисплей состояния логического анализатора. Так как декодирование шины
производится после сбора данных, формат декодирования может быть изменен непосредственно в процессе анализа.
Возможности запуска
Чтобы помочь пользователям быстрее находить ключевые события, осциллографы новой серии MSO5000 оснащены полным набором режимов запуска, в том числе по ранту, логическому состоянию, длительности импульса, глитчу, нарушению времени установки/удержания, времени перехода, последовательному пакету данных и параллельным данным. Приборы имеют длину записи 20 млн точек и более, что позволяет захватить множество событий, представляющих интерес. За один захват можно записать для
дальнейшего анализа тысячи пакетов последовательных данных, при этом сохраняется высокое разрешение, позволяющее увеличить мелкие детали сигнала.
Широкие возможности по запуску можно использовать в сочетании с автоматическими измерениями для обеспечения запуска осциллографа по наступлении определенного события или комбинации событий. Так, например, прибор может быть настроен на автоматическое измерение длительности положительной или отрицательной части импульса между курсорами. При запуске осциллографа на сбор данных (режим Run) можно получить статистику измерений по множеству захватов. Кроме того, прибор может быть настроен для проверки пачки импульсов сигнала TTL путем измерения каждого положительного импульса и запуска по длительности импульса, выходящей за установленные пределы. Для остановки MSO после срабатывания системы запуска используется режим однократного сбора данных, который дает возможность проанализировать импульсы несоответствующей длительности.
Методика проверки путем запуска по ошибкам может быть использована для мониторинга сигнала в течение длительного периода времени, например ночью или в выходные дни, что позволит обеспечить еще более тщательную проверку разрабатываемой схемы.
Инструменты поиска
Обнаружение представляющих интерес событий в длинной записи сигнала может занять много времени без подходящих инструментов поиска. В настоящее время длина записи может составлять несколько миллионов точек данных. Таким образом, для определения местоположения события понадобится прокрутить тысячи экранов сигнала.
Мощная система запуска осциллографов серии MSO5000 позволяет обнаруживать сбои в сигнале и осуществлять запуск по данным параллельных или последовательных шин, что дает возможность сосредоточить сбор данных на проблемных участках. Однако как только данные собраны, система запуска больше не применяется. Поиск вручную по большой длине записи может быть утомительным и трудоемким процессом. Для решения этой проблемы осциллогра-
фы MSO5000 оснащены комплексной системой поиска и навигации по сигналу, которые доступны при использовании специальных органов управления, которые известны под названием Wave Inspector. Эти органы управления позволяют ускорить процессы панорамирования и масштабирования записи, поэтому пользователь может перемещаться от одного конца записи к другому в течение нескольких секунд. Он также может пометить любое место на осциллограмме для проведения в дальнейшем более подробного изучения или провести автоматический поиск в записи по заданным критериям. Поисковые запросы могут включать в себя аналоговые, цифровые данные или данные последовательной шины. Система автоматически помечает каждое появление определенного события, что позволяет пользователю быстро перемещаться между событиями.
После того как данные были найдены и отмечены, для перемещения между событиями достаточно просто нажать на передней панели кнопки со стрелками «Предыдущее» и «Следующее». При составлении поисковых запросов доступны также условия запуска, такие как запуск по фронту, длительности импульса, ранту, нарушению времени установки/удержания, логическому состоянию, времени нарастания/спада и установления сигнала, а также по значениям данных шины.
Заключение
Осциллографы смешанных сигналов имеют неоценимое значение для разработчиков, которым необходимо проверить комплексное взаимодействие цифровых, аналоговых и программных шин в своих проектах. Эти приборы сочетают в себе широкие функциональные возможности логических анализаторов с простотой использования осциллографа. Для проведения быстрой и эффективной проверки и отладки цифровых схем осциллографы серии MSO5000 имеют полный набор инструментов, включая инновационные высокопроизводительные пассивные пробники, мощную систему цифрового запуска, возможность захвата данных с высоким разрешением со скоростью до 16,5 Гвыборок/с, а также встроенные функции анализа и специальные пакеты прикладных программ. ■
