Сучасні осцилографи. Усунення поширених проблем у мікросхемах

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Усунення поширених проблем I2C та SPI за допомогою сучасних осцилографів

При налагодженні складних помилок I2C та SPI виникає безліч складних завдань. Дізнайтеся, як використання ключових функцій сучасних розвинених осцилографів може полегшити вам життя.

Осцилографи є безцінним інструментом налагодження для тестування різних програм, включаючи тестування напівпровідників, тестування джерел живлення, тестування малопотужних пристроїв та аналіз шин живлення. Але в міру розвитку електроніки та протоколів зв'язку між пристроями налагодження може швидко стати більш трудомістким.

Просунуті осцилографи, такі як показаний на малюнку 1, як і раніше можуть підтримувати базове налагодження, дозволяючи при цьому глибоко зануритися в тригери, події та множинні сигнали.

Малюнок 1. Сучасні розробки вимагають використання сучасних цифрових осцилографів їхнього налагодження.

Такі функції, як багаторівневі дисплеї, пошуковики подій, інтелектуальні тригери та глибока пам'ять даних, дозволяють швидко знаходити та виправляти навіть найскладніші помилки I2C та SPI. У цій статті розглядаються поширені помилки сигналів та синхронізації, проблеми, пов'язані з їх налагодженням, та те, як функції сучасних осцилографів підтримують більш ефективне вирішення цих помилок.

Поширені помилки сигналів та/або синхронізації I2C та SPI

I2C та SPI є найбільш широко використовуваними протоколами для зв'язку між контролерами, а також між контролерами та периферійними мікросхемами.

I2C

I2C (Inter-Integrated Circuit) – це простий вбудований протокол зв'язку та фізичний двопровідний інтерфейс: SCL (двонаправлений послідовний тактовий сигнал) та SDA (дані). Він підтримує кілька провідних і ведених пристроїв на шині, поки тільки один провідний пристрій активний в кожний момент часу, і будь-який пристрій I2C може бути підключений до шини таким чином, що будь-який провідний пристрій може обмінюватися інформацією з будь-яким провідним пристроєм. Кількість пристроїв обмежена максимальною ємністю (наприклад, 400 пФ може підтримувати від 20 до 30 пристроїв).

Найбільш поширені проблеми з I2C:

• Повільний час наростання

• Перехресні перешкоди

• Занадто висока вихідна напруга низького рівня

• Велика ділянка провалів

• Ненавмисне промовистість.

SPI

SPI (послідовний периферійний інтерфейс) – повнодуплексний протокол. Він використовує провідну/провідну, 4-провідну або 3-провідну послідовну комунікаційну шину з чотирма основними сигналами: SCLK (тактовий сигнал), MOSI (провідний вихід/провідний вхід), MISO (провідний вхід/провідний вихід) та SS (вибір веденого) . Зверніть увагу, що пристрій завжди керує тактовим сигналом.

Основні проблеми SPI зазвичай включають:

• Помилки синхронізації, пов'язані з фазою та полярністю

• Неправильна синхронізація

• Проблеми із шиною.

Хорошою новиною є те, що багато проблем I2C та SPI можна налагодити за допомогою осцилографа.

Починається захоплення сигналу I2C та SPI.

Більшість налагодження помилок I2C та SPI залежить від дослідження того, що відбувається, коли чіп відправляє певний пакет I2C/SPI. Тут осцилограми та тригери осцилографа – при правильному використанні – можуть надати інженерам дані, необхідні для налагодження. Однак, якими б ефективними не були ці підходи, все ще існують деякі проблеми з ефективним і дієвим збором необхідних даних. Аналіз форми сигналу на осцилограф безцінний для налагодження багатьох проблем. Наприклад, повільний час наростання I2C може перешкодити сигналу досягти VIG (високрівневе вхідне напруга) вчасно для очікуваної функціональності. Крім того, вони можуть бути пов'язані зі значенням опору, що підтягує, і з тим, чи відповідає максимально допустимий час наростання стандарту I2C. Проблеми з часом наростання можна досліджувати, порівнюючи форми сигналів SDA та SDC разом.

Рисунок 2. Синхронізація та дані I2C з шумом через погане заземлення

Вивчення форм сигналів SDA і SDC також може виявити наявність перехресних перешкод і допомогти інженеру визначити, чи перехресні перешкоди істотно впливають на сигнали I2C. Як згадувалося раніше, низькорівнева вихідна напруга також є поширеним джерелом проблем з I2C. Порівняння VOL та VIL для сигналів SDA та SDC може виявити наявність проблеми.

Однак, оскільки стає необхідним досліджувати все більше і більше форм сигналів одночасно, екран може швидко захаращуватися. Хоча, звичайно, налагодження все ще можливе, воно може зайняти більше часу. І ще кориснішою є можливість відображати певні сигнали в залежності від того, як часто вони з'являються. Це дозволяє швидше виявляти аномалії, що може бути особливо корисним для нетипових помилок.

Ще одна проблема з багатьма осцилографами - підтримка високої частоти дискретизації (часто необхідної, коли потрібні довші налаштування поділу або часу) без вичерпання пам'яті даних.

Аналіз форми хвилі та тригери

Інший важливий аспект аналізу форми сигналу стосується тригерів. Наприклад, однією з найпоширеніших проблем з SPI є неправильна синхронізація. Основний ЦП ініціалізує підлеглий пристрій, записуючи 24-бітові слова. На перший погляд, на форму сигналу може здатися, що сигнали відповідають стандарту SPI. Використовуючи активний тригер SS (тригер, який спрацьовує, коли вибір підлеглого пристрою стає активним), можна захопити всю послідовність ініціалізації. Інформація, яку він надає, може використовуватися для визначення того, де знаходиться проблема синхронізації.

Рисунок 3. Вихід ЦАП та 8-бітна вхідна шина, що запускається цифровим шаблоном

Під час налагодження можна використовувати безліч тригерів, наприклад, edge, smart, software, runt, setup-and-hold та pulse-width. Не всі форми тригера прості, і не всі осцилографи надають набір опцій, необхідних для успішного використання.

При налагодженні складніших проблем дані про рідкісні чи критичні події виходять шляхом тригера, який може відбуватися протягом тривалого часу. І ці дані можуть включати деталі, які не є важливими для процесів налагодження, що потенційно додає додатковий час до процесу налагодження, оскільки інженер просіває ці дані, щоб знайти найважливіші деталі. Більш просунуті типи тригера, включаючи інтелектуальний тригер, також є ключовими, коли проблеми не входять до найбільш поширених проблем для протоколу зв'язку.

Функції для більш простого захоплення та налагодження

Існують новіші, вдосконалені осцилографи, які значно спрощують аналіз форми сигналу і розв'язання проблем, вирішуючи проблеми налагодження, що тільки що обговорювалися. Наприклад, 10,1-дюймовий сенсорний дисплей з високою роздільною здатністю та колірною градацією (рисунок 4) дозволяє відображати лише кілька форм сигналу, накладених один на одного. Важливо відзначити, що можна вибирати різні методи візуалізації, щоб відображати рідкісні аномалії з різною інтенсивністю пікселів — 256 кроків градації. Режим UltraAcquire додає нові режими візуалізації, включаючи мозаїчний, каскадний і перспективний види сигналів, що перекриваються. Такі функції допомагають мінімізувати безлад на екрані осцилографа, зробити дані більш інформативними і підтримувати набагато більш просунуте налагодження як додатків I2C, так і додатків SPI. 

Малюнок 4. Багатопанельний сенсорний дисплей високої чіткості у поєднанні з новими методами візуалізації полегшує інтерпретацію, аналіз та налагодження сигналів.

Іншим аспектом передової технології осцилографа є глибока пам'ять даних. Підтримка високої частоти дискретизації, особливо під час тривалих налаштувань часу/поділу, може бути надзвичайно складним без достатньої пам'яті даних. Недолік пам'яті ускладнює отримання сигналів протягом тривалих періодів без втрати критичних деталей сигналу. Знову ж таки, це підтримує як базові, так і розширені методи налагодження.

Можливість пошуку та маркування подій за допомогою параметрів необхідна для більш просунутого налагодження. У поєднанні з режимами візуалізації високої роздільної здатності дані налагодження та режиму містять більше корисної інформації. На малюнку 5 показаний приклад того, як виглядатимуть результати пошуку, якщо налаштувати ідентифікацію наростаючих фронтів. А інтелектуальний запуск гарантує, що рідкісні, важливі події, що становлять інтерес, будуть збережені без включення нерелевантних даних, що призведе до більш короткої та корисної інформації.

Рисунок 5. Приклад таблиці даних показує результати пошуку та маркування об'єктів. 

Ці функції значно спрощують збір даних та налагодження, скорочуючи час, необхідний для тестування та виведення на ринок нових продуктів. Наприклад, розглянемо приклад безперервного збору протягом тривалого часу у поєднанні з маркуванням та пошуком подій, показаний на малюнку 6.

Рисунок 6. Об'єднання ключових функцій сучасних осцилографів може спростити отримання налагоджувальних даних, а й полегшити їх дослідження та інтерпретацію. 

Осцилограф вирішує проблеми I2C та SPI

Серії DHO1000 і DHO4000 є найновішими доповненнями до лінійки осцилографів RIGOL UltraVision III, включаючи всі функції, що обговорюються, що допомагають інженерам усувати складні проблеми I2C і SPI. Їхні можливості починаються зі справжніх 12-бітових АЦП та смуги пропускання до 800 МГц. Вони також оснащені сенсорними дисплеями з високою роздільною здатністю та кольором для підтримки більш ефективного аналізу форми сигналу і зниження складності порівняння декількох форм сигналу.

Щоб зробити візуалізацію ще простіше та потужнішим для інженерів, цей осцилограф RIGOL пропонує захоплення пакетів UltraAcquire, а режим візуалізації забезпечує смугу пропускання до 5 ГГц з максимальною частотою дискретизації 20 Гвиб/с. Це дозволяє користувачам захоплювати невеликі динамічні зміни у складному сигналі.

Глибока пам'ять є ключем до досягнення високої частоти дискретизації, і RIGOL Ultravision підтримує глибину пам'яті до 500 Мбіт/с, підтримуючи частоту дискретизації 4 Гвиб/с на серії DHO4000. Це також дає змогу отримувати високоточні вимірювання для повного аналізу сигналу. Ці функції дозволяють користувачам записувати, переміщатися та аналізувати великі дані за допомогою гнучкої пам'яті.

Ці осцилографи мають широкі можливості пошуку, включаючи пошук та маркування подій з використанням параметрів Edge та Pulse. Вони також включають інтелектуальний запуск та режими докладної візуалізації форми сигналу для прискорення налагодження та покращення аналізу. Наприклад, серія RIGOL Ultravision III має високу швидкість захоплення форми сигналу 8-бітними АЦП з роздільною здатністю до 16 біт в режимі високої роздільної здатності.

Рисунок 7. RIGOL Ultravision III DHO4804 - один із передових осцилографів, оснащений функціями, що відповідають найскладнішим завданням налагодження.

Функції, що відповідають потребам налагодження

Знайти сучасний осцилограф, що відповідає вимогам налагодження протоколів зв'язку в сучасних системах, може бути непросто, але осцилографи RIGOL UltraVision III мають ключові функції, необхідні інженерам для глибокого вивчення роботи і продуктивності своїх розробок.

Усі використані зображення надані RIGOL Technologies

Галузеві статті — це форма контенту, яка дозволяє галузевим партнерам ділитися корисними новинами, повідомленнями та технологіями з читачами All About Circuits таким чином, що редакційний контент не дуже підходить. Усі галузеві статті підпорядковуються строгим редакційним правилам з метою надання читачам корисних новин, технічних знань чи історій. Погляди та думки, виражені в галузевих статтях, належать партнеру і не обов'язково All About Circuits або його авторам.