Оскільки використання технології цифрових схем стає все більш поширеним у іграшках, тостерах, радіоприймачах та інших споживчих товарах, виникають нові випробування в тестуванні та вимірюванні. Наприклад, вчорашній чотирирозрядний мікроконтролер перетворився на 16- та 32-розрядні високошвидкісні пристрої. У той же час він розрахований на напругу 3 В з метою зменшення споживання портативних пристроїв. Однак вища частота сигналу в цих логічних схемах низької потужності є більш складним завданням, часто викликаючи серйозні проблеми в цілісності цифрового сигналу.
Швидші логічні схеми, коли вони використовуються разом із більш складними мікропроцесорами, представляють більший виклик та більш складну задачу налагодження для художників та техніків, що розробляють споживче та промислове електронне обладнання. Як результат, пересічному проектувальнику також доводиться стикатися з проблемами, які мали місце в минулому, лише під час найбільш зручних завдань проектування, таких як робота сигналу, проблеми з синхронізацією, небезпеки, перехідні процеси тощо. І, звичайно, через нагальний виклик ринкової конкуренції ці проблеми потрібно вирішувати швидко і точно.
Ці умови вимагають вимірювальних та налагоджувальних приладів, особливо осцилографів, які відповідають новим викликам. Дослідникам потрібні інструменти, які допоможуть швидко вирішити проблеми, і справа не лише в пропускній здатності. Іншими словами, осцилограф повинен спочатку допомогти користувачеві швидко зрозуміти, що сталася проблема, а потім допомогти дослідникові визначити проблему та врешті-решт знайти причину.
Ця стаття намагається пролити світло на те, як цифровий фосфорний осцилограф (DPO) пропонує нові, важливі варіанти усунення несправностей цифрових схем.
Щоб вирішити проблему, її потрібно спочатку визнати
Більшість осцилографів, включаючи аналогові осцилографи часу (ART) та цифрового управління (DSO), не мають можливостей та функцій, щоб йти в ногу з розвитком цифрового світу. Розглянемо, наприклад, проблему чіткості сигналу, яка є звичною для цифрового проектування: вузький перехідний процес може серйозно вплинути на роботу ланцюгової схеми. Аналоговий осцилограф, навіть якщо його смуга пропускання є достатньою для виявлення події, не може відображати її з достатньою яскравістю. Набагато сильніший основний сигнал затуляє цей сигнал.
Крім того, аналоговий осцилограф дає мало можливості зберігати, аналізувати або скасовувати імпульс. Хоча швидший DSO може захоплювати перехідний процес, він не може відображатися в режимі реального часу, крім повторюваного символу. В результаті здається, що перехідний процес виникає так само часто, як і основний сигнал.
DPO представляє абсолютно нову категорію у відображенні цих типів сигналів. Цифровий люмінофорний дисплей DPO здатний точно відтворювати цифровий сигнал та періодичну помилку з масштабованою деталізацією в режимі реального часу, подібно до аналогового осцилографа. Це пов'язано з вищим порядком захоплення сигналу в порівнянні з DSO з подібною продуктивністю. Це суттєва перевага, якщо завдання полягає в тому, щоб подавати періодичні проблеми, подібні до перехідних. Його система захоплення сигналу активна набагато більший проміжок часу, тому DPO в кілька разів частіше захоплює імпульси та рідкісні події.
По-друге, модульований в режимі реального часу дисплей модульованої інтенсивності світла DPO надає детальну інформацію про "історію" активності сигналу з часом, що полегшує виявлення захопленої проблеми. Це освітлює області, де пучок сигналу працює частіше, подібно до аналогового осцилографа. Рідкісна подія темніша за основну форму сигналу, яка постійно повторюється, але все ще є дуже помітною та помітною. Зміни можна побачити відразу, як вони зроблені. Модуляція яскравості також дуже корисна для цифрового дисплея очей та тремтіння.
На малюнках 1a і 1b показано, наскільки чітко можна відтворити активність сигналу за допомогою модуляції інтенсивності світла.
Малюнок 1a: Імпульс, що заважає на дисплеї DSO, не видно або є невизначеним
Малюнок 1b: Імпульс перешкод з'являється з меншою інтенсивністю на дисплеї DPO
Курок допомагає усунути заважаючий сигнал
Після того, як ви вибрали правильний зонд, для усунення несправностей необхідний широкий спектр параметрів спрацьовування. Вам потрібен DPO, який має повне логічне спрацьовування. Режими спрацьовування повинні включати стан, ширину імпульсу, зменшену амплітуду, нарощування сигналу тощо. спрацьовує. Встановивши правильний тригер, проблему можна легко виявити та провести аналіз причин.
Яскравий феномен, небезпека, часто є проблемою при проектуванні нових цифрових схем, особливо тому, що пороги напруги зсунулись ближче, а терміни стали більш критичними. Одним із результатів небезпеки є перехідний процес, імпульс, який значно вужчий, ніж звичайні сигнали даних в ланцюзі. Більшість цифрових систем визначають мінімальну ширину імпульсу дійсного сигналу даних, а ширину імпульсу під ним потрібно скасувати. Запуск ширини імпульсу (PW), доступний у більшості DPO, є ефективним інструментом для виявлення перехідних процесів.
Використовуючи тригер PW, ви можете регулювати ширину, полярність та рівень, як описано вище. Крім того, доступне меню "запустити, якщо", яке дозволяє вибрати один із наступних умов синхронізації: менше (задана ширина імпульсу), більше, дорівнює або нерівне. Зазвичай використовується умова "менше". Таким чином, коли осцилограф починає працювати, він фіксує імпульси, вужчі за вказані значення.
Запуск статусу, якщо такий є, є ідеальним методом для наступних подій, що мають наслідки "сигналу" (або повинні бути). Запуск стану допомагає перевірити, чи надходять дані у правильній послідовності для синхронної передачі. Тригерна система контролює два входи: "статус" або введення даних, і сигнал часу (який не повинен бути імпульсом сигналу часу, лише один вихід стану, що дозволяє вводити дані). Наприклад, на малюнку 2 сигнал відпуску (WE) використовується як сигнал ціни. DPO налаштовується на спрацьовування, коли сигнал даних "істинний" (1) і сигнал деактивації змінюється з 1 на 0. Чи відбувається ослаблення, коли сигнал даних дійсний? У нашому прикладі: так. Прихід сигналізації дозволяє осцилографу перевірити вхідний сигнал даних і виявляє, що сигнал є дійсним на момент переходу WE. Пристрій починає захоплення та відображає два сигнали.
2. ббра. Запуск стану підтверджує, що сигнал відпуску надходить у потрібний час.
Ідеально підходить для вирішення проблем
Сучасні цифрові схеми стають дедалі більшим викликом для традиційних вимірювальних приладів. Збільшення частоти сигналу, вікна з меншою напругою та зростаюча функціональна складність викликають нові проблеми у вимірювальній технології.
Дизайнерам і тестувальникам потрібен новий метод, щоб чітко бачити, вимірювати та аналізувати ці сигнали.
DPO спрощує завдання проектування та налагодження за допомогою модульованого відображення часу, модульованого інтенсивністю світла, та вдосконаленої системи спрацьовування, де б не вимагалися цифрові вимірювання.
Цифрово-фосфорний осцилограф поєднує в собі найкращі риси аналогового та цифрового світу, будуючи всі важливі характеристики хвильової форми в трьох вимірах: амплітуда, час та інтенсивність часу. Це досягається шляхом цифрової емуляції DPO хімічного процесу, який створює поступову зміну інтенсивності світла на електронно-променевій трубці аналогового осцилографа. На малюнку 3 показана спрощена блок-схема DPO.
Рисунок 3. Спрощена блок-схема DPO
Цифровий люмінофор придатний для збору та відображення трьох вимірів інформації, що можна віднести до архітектури паралельної обробки сигналів, яка інтегрує систему відображення та збору сигналу. Зверніть увагу, що мікропроцесор DPO не контролюється дисплеєм. Процесор виконує завдання автоматизації та аналізу вимірювань. Це рішення сильно відрізняється від того, що використовується в DSO, де кожен біт даних, що відображаються на екрані, повинен проходити через мікропроцесор, який також виконує обчислення, керує генераторами тощо.
Ця паралельна обробка забезпечує видатну швидкість захоплення сигналу DPO, порівнянну з характеристиками осцилографів реального часу. Традиційні ОМС відбирають лише дуже малу частку часу - менше 1%. В інший час відображається форма сигналу, і, як результат, активність сигналу, що виникає, не враховується. На відміну від цього, DPO безпосередньо генерує форму сигналу, яка відображатиметься в системі захоплення сигналу так швидко, наскільки це дозволяє активація сигналу. Як результат, відображене зображення слідує за активністю сигналу в режимі реального часу, а насичена інформація сигналу точно відображає форму хвилі.
Режим "післяосвітлення" використовується в деяких ОМС для зміни інтенсивності світла. Але ці методи засновані на пост-обробці, а не на обробці сигналу в реальному часі, захопленого традиційною технікою. Установка післявисвітлення вимагає збереження багатьох зображень у відображуваній пам’яті, але час для формування форми сигналу для відображення обмежений низьким рівнем захоплення сигналу DSO. DPO, навпаки, інтегрує дисплей і систему збору сигналу в один блок, забезпечуючи тим самим відображення в реальному часі всіх розмірів інформації про сигнал, які можна бачити безперервно так само, як і аналоговий осцилограф.
DPO, які вперше використовувались лише у найбільш критичних дизайнерських програмах, тепер представлені у вигляді невеликих, легких пристроїв, але з винятковими функціями, необхідними для тестування високошвидкісних цифрових сигналів. Наприклад, серія Tektronix TDS3000 DPO має пропускну здатність до 500 МГц, але надзвичайно мала і легка (3,2 кг). Також надається додатковий заряд акумулятора. Вони роблять ці DPO ідеальними для роботи на конструкторському бюро, а також у віддалених місцях.
Важливо правильне підключення до знака замовлення
Введення сигналу замовлення в осцилограф є першим важливим кроком у всіх вимірах. До цього часу широко використовувані пасивні вимірювальні головки якраз підходили для вимірювання стандартних цифрових схем. Однак при вимірюванні 3В цифрових сигналів з більш високою частотою сигналу важливим є ретельно підібрана вимірювальна головка, оскільки це гарантує, що вимірювальна головка не навантажує вимірювальний контур і не спотворює вимірювальний сигнал. У міру збільшення всюдисущих частот і частот сигналів загальні пасивні зонди вже починають спотворювати сигнал: вони заокруглюють кути квадратурних імпульсів. Крім того, деякі насправді обтяжують розмірений бюстгальтер. З'являються минулі проблеми, які не є справжніми проблемами, тоді як реальні проблеми - імпульс чи затримка нарощування - залишаються прихованими.
Часто активний зонд є найкращим рішенням. Активна або FET-вимірювальна головка має вбудовану схему дистанційного керування, функція якої полягає в ізоляції вимірювального сигналу від вимірювача та індуктивних та ємнісних ефектів входу осцилографа. Активні зонди вимагають збалансованого живлення, яке може забезпечуватися окремим блоком живлення або власним входом датчика осцилографа.
На малюнку 4 показано різницю між формою сигналу та формами сигналів, показаними за допомогою активного зонда. Вимірювач являє собою CMOS-інвертор. Фактичний час підйому становить приблизно 1,28 пс.
Верхня форма сигналу показана TDS3000 DPO із звичайним пасивним зондом 10X. Нижній сигнал показує той самий вхід, але виміряний за допомогою активного зонда Tektronix P6243. Вхідна потужність датчика 1pF означає мінімальне навантаження, тоді як його невеликі фізичні розміри роблять його придатним для вимірювання невеликих, встановлених елементів ланцюга. Вбудований інтерфейс TDS3000 TekProbe Level II живить зонд P6243. Інтерфейс також підходить для широкого вибору активних високочастотних вимірювальних головок, амперметра та диференціала, а також звичайних пасивних вимірювальних головок 10X. Інтерфейс вимірювальної головки забезпечує джерело живлення там, де це потрібно, і передає вимірюваний сигнал, який автоматично коригується відповідно до рівня та стрілки.
Легко помітити різницю між двома формами хвиль. Активний зонд забезпечує точні характеристики нарощування, тоді як пасивний фактично зменшує нахил нарощування. Це спотворення несе ризик зробити висновки під час налагодження, оскільки вузький імпульс може залишатися невидимим.!
Малюнок 4: Форма сигналу, показана пасивним та активним зондом P6243 від того самого джерела