ВСТУП В РІШЕННЯ ДЛЯ ТЕСТУВАННЯ СИСТЕМ ІЗ ЗМІШАНИМИ СИГНАЛАМИ. ЧАСТИНА 1

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

Вступ

Оскільки складність сучасних електронних схем зростає зі збільшенням використання цифрової та послідовної передачі даних, визначення приладу, який можна вважати оптимальним для тестування таких систем, стає неоднозначним. Інженери розробляють системи зі «змішаними сигналами», в яких поєднуються аналогові та цифрові технології. Зростає необхідність у обладнанні, що дозволяє зіставляти аналогові та цифрові сигнали за допомогою одного приладу. Зазвичай аналіз змішаних сигналів виконувався з використанням автономного осцилографа та логічного аналізатора – рішення складалося з двох приладів. Таке рішення часто є громіздким, і з його допомогою складно досягти оптимальних результатів. Необхідність зіставлення аналогових та цифрових сигналів призвела до розробки осцилографа змішаних сигналів.

Між осцилографами, осцилографами змішаних сигналів та логічними аналізаторами є подібності та відмінності. Щоб краще зрозуміти, у яких випадках і як використовуються ці прилади, корисно порівняти їх функції.

Цифровий осцилограф

Цифровий осцилограф широко використовується розробниками електронної техніки у всьому світі. Вони добре розуміють, як він працює, і довіряють одержуваним результатам. Висока частота дискретизації і широка смуга пропускання такого осцилографа дозволяє реєструвати і переглядати цікаві сигнали з високою роздільною здатністю.

Осцилографи чудово підходять для відображення та вимірювання аналогових характеристик електричних сигналів усіх типів. Зазвичай осцилограф має два або чотири вхідні канали, і він дозволяє зіставляти невелику кількість аналогових, цифрових сигналів і сигналів послідовної передачі даних.

Рисунок 1 – Налагодження аналогової схеми з використанням осцилографа серії Tektronix TDS3000B

Рисунок 2 – Декодування послідовного потоку з використанням осцилографа серії Tektronix DPO400

Області застосування цифрового осцилографа

Вимірювання амплітуд та часових параметрів сигналів
Вимірювання параметрів фронту та напруги сигналу для оцінки тимчасових характеристик
Вимірювання струму
Виявлення помилок перехідних процесів, наприклад глітчої (викидів), рант-імпульсів, метастабільних переходів
Визначення характеристик цілісності сигналу

Логічний аналізатор

Логічний аналізатор є ідеальним приладом для перевірки та налагодження складних цифрових схем. Найбільш очевидною відмінністю логічного аналізатора від осцилографа є число каналів. Логічні аналізатори мають від 34 до сотень і навіть тисяч каналів, тоді як у звичайного осцилографа є лише 2-4 канали.

Однак і по суті, логічні аналізатори реєструють сигнали інакше, ніж осцилографи. Зазвичай дискретизація сигналу в осцилографах виконується з використанням

8-розрядного аналого-цифрового перетворювача (А0П) для достовірного детального відтворення сигналу на екрані осцилографа. А логічний аналізатор просто порівнює вхідний сигнал із заданим користувачем рівнем порогової напруги. Якщо сигнал вище порогового рівня, він розглядається як логічна 1, якщо нижче - як логічний 0. Такі абсолютно різні підходи до реєстрації сигналу призводять до того, що той самий імпульс відображається по-різному, як показано на рис. 3.

Рисунок 3 – Відображення сигналів на логічних аналізаторах та осцилографах.

Ще одна відмінність між осцилографом та логічним аналізатором полягає у запуску. В осцилографах пропонуються основні режими запуску, призначені для пошуку аномалій аналогового сигналу (глітчої (викидів), рант-імпульсів, швидкості наростання і т. д.), а також випадків виконання основних цифрових умов, таких як порушення часу встановлення та утримання або одна логічна модель, визначена двох чи чотирьох вхідних каналах. З іншого боку, логічні аналізатори надають безліч логічних засобів, таких як численні блоки порівняння слів, лічильники та таймери, що дозволяють визначати складні умови запуску типу 721І-TO-ІНА/7 по безлічі станів для пошуку несправностей у складних системах.

Крім того, логічні аналізатори містять повний комплект пакетів підтримки мікропроцесорів. Ці пакети зазвичай містять апаратний та програмний компоненти. Апаратний компонент забезпечує фізичне підключення до зовнішньої мікропроцесорної шини, а програмний компонент розшифровує захоплені дані для подання у зручній формі для аналізу виконання програм.

Ще одна перевага логічного аналізатора полягає у можливості відстежувати та зіставляти сигнали кількох системних шин на одному приладі. Наприклад, розробнику може знадобитися відстежити виконання програми зовнішньої шині одночасно з відстеженням звернень до пам'яті. Завдяки можливості розширення функцій логічні аналізатори чудово підходять для вирішення складних завдань, в яких потрібна наочність, використання сучасних режимів запуску та програмних засобів аналізу.

Рисунок 4 – Відстеження вихідного коду на логічному аналізаторі Tektronix TLA.

Рисунок 5 – Аналіз тимчасових параметрів із використанням логічного аналізатора Tektronix TLA.

Області застосування логічного аналізатора

Всебічна багатоканальна перевірка роботи цифрової системи
Використання сучасних режимів запуску за багатьма станами для пошуку несправностей
Відстеження виконання програм
Перевірка тимчасових характеристик системи
Тестування параметрів системи
Дослідження швидкодіючих пристроїв, що запам'ятовують

Логічний аналізатор із модулями осцилографа

Одна з перших спроб запропонувати рішення для тестування систем зі змішаними сигналами полягала у створенні для логічних аналізаторів спеціальних модулів, що є цифровими осцилографами. Ці модулі вбудовувалися безпосередньо в логічний аналізатор та виконували функції осцилографа. Сигнал, зареєстрований за допомогою осцилографа, зіставлявся із сигналами у цифрових каналах на екрані логічного аналізатора.

Однак такі модулі осцилографа мали свої обмеження. Будучи частиною логічного аналізатора, є, переважно, пристроями одноразового запуску на відміну автономних осцилографів, які у режимі реального часу. Вони досить дорогі, мають більш скромні можливості, ніж окремі осцилографи, і не мають звичного користувальницького інтерфейсу осцилографа. Зрештою, оскільки вони інтегровані з логічним аналізатором, їх неможливо використовувати для вирішення повсякденних завдань налагодження.

Області застосування логічного аналізатора з осцилографом

Розробка схем з аналоговими та цифровими компонентами
Аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі
Вимірювання якості цифрових сигналів
Зіставлення аналогових та цифрових подій у часі
Дослідження параметрів перехідного процесу при включенні системи

Логічний аналізатор, що використовується у поєднанні з настільним осцилографом

Осцилограф можна знайти майже в кожній інженерній лабораторії. Вони чудово підходять для вирішення завдань, в яких потрібно подавати аналоговий сигнал з високою роздільною здатністю. Коли потрібно всебічно дослідити роботу системної шини, каналів осцилографа може виявитися недостатньо. У таких випадках розробники широко використовують логічні аналізатори.

Що Ви робите, коли необхідно зареєструвати сигнали на багатьох цифрових каналах і одночасно отримати подання аналогового сигналу з високою роздільною здатністю? Для вирішення складних проблем, пов'язаних зі змішаними сигналами, часто потрібно переглядати аналогові та цифрові сигнали одночасно. У разі необхідно використовувати і осцилограф, і логічний аналізатор.

Однією з переваг такого рішення, що складається з двох приладів, є швидкодія. Оскільки розміри схем, що розробляються, зменшуються, зростає вплив аналогових характеристик сигналів на цілісність роботи схем. Розробникам потрібно одночасно вимірювати характеристики високошвидкісних цифрових та аналогових сигналів у цих схемах. Під час використання таких технологій, як PCI Express, HyperTransport™ та DDR, виникають проблеми, пов'язані з вимірюваннями. Швидкості шини просто надто високі для модулів осцилографа, інтегрованих у логічний аналізатор.

Однак для таких сфер застосування ідеально підходять настільні осцилографи. Усвідомивши необхідність зіставляти дані, отримані на настільному осцилографі, із даними, отриманими на логічному аналізаторі, фахівці Tektronix розробили технологію iView™ (Integrated View).

iView™ об'єднує та автоматично зіставляє за часом дані з осцилографа та логічного аналізатора Tektronix. Дані, одержані на осцилографі, передаються на логічний аналізатор, що дозволяє отримати сигнали з кореляцією за часом. На відміну від інтегрованого рішення, описаного вище, iView™ дозволяє використовувати будь-який осцилограф Tektronix у поєднанні з логічним аналізатором. Це інтегроване рішення, що складається із двох приладів, надає можливості повноцінного логічного аналізатора та осцилографа, що працюють як єдине ціле. Перевага iView™ полягає у відповідності характеристик та ціни обладнання до його сфери застосування.

Області застосування логічного аналізатора, що використовується у поєднанні з настільним осцилографом

Цифрові та високошвидкісні пристрої послідовної передачі даних
Низькошвидкісні пристрої послідовної передачі даних
Проектування та перевірка роботи запам'ятовуючих пристроїв
Перевірка характеристик системи
Розробка серверів
Перевірка високошвидкісних з'єднувальних каналів
Аналіз зовнішньої мікропроцесорної шини
Графічні пристрої

ПРОДОВЖЕННЯ СЛІДУЄ…

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy