ВВЕДЕНИЕ В РЕШЕНИЯ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ СИСТЕМ СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ. ЧАСТЬ 1

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру осциллографов на приводимой в самом конце Раздела страничке сайта, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

Введение

Поскольку сложность современных электронных схем растет с увеличением использования цифровой и последовательной передачи данных, определение прибора, который можно считать оптимальным для тестирования таких систем, становится неоднозначным. Инженеры разрабатывают системы со «смешанными сигналами», в которых сочетаются аналоговые и цифровые технологии. Растет необходимость в оборудовании, позволяющем сопоставлять аналоговые и цифровые сигналы с помощью одного прибора. Обычно анализ смешанных сигналов выполнялся с использованием автономного осциллографа и логического анализатора – решение состояло из двух приборов. Tакое решение часто является громоздким, и с его помощью сложно добиться оптимальных результатов. Необходимость сопоставления аналоговых и цифровых сигналов привела к разработке осциллографа смешанных сигналов.

Между осциллографами, осциллографами смешанных сигналов и логическими анализаторами имеются сходства и различия. Чтобы лучше понять, в каких случаях и как применяются эти приборы, полезно сравнить их функции.

Цифровой осциллограф

Цифровой осциллограф широко используется разработчиками электронной техники во всем мире. Они хорошо понимают, как он работает, и доверяют получаемым результатам. Высокая частота дискретизации и широкая полоса пропускания такого осциллографа позволяет регистрировать и просматривать интересующие сигналы с высоким разрешением.

Осциллографы прекрасно подходят для отображения и измерения аналоговых характеристик электрических сигналов всех типов. Обычно у осциллографа имеется два или четыре входных канала, и он позволяет сопоставлять небольшое количество аналоговых, цифровых сигналов и сигналов последовательной передачи данных.

Рисунок 1 – Отладка аналоговой схемы с использованием осциллографа серии Tektronix TDS3000B

Рисунок 2 – Декодирование последовательного потока с использованием осциллографа серии Tektronix DPO400

Области применения цифрового осциллографа

Измерение амплитуд и временных параметров сигналов
Измерение параметров фронта и напряжения сигнала для оценки временных характеристик
Измерение тока
Обнаружение ошибок переходных процессов, например глитчей (выбросов), рант-импульсов, метастабильных переходов
Определение характеристик целостности сигнала

Логический анализатор

Логический анализатор является идеальным прибором для проверки и отладки сложных цифровых схем. Самым явным отличием логического анализатора от осциллографа является число каналов. Логические анализаторы имеют от 34 до сотен и даже тысяч каналов, тогда как у обычного осциллографа имеется только 2-4 канала.

Однако и по существу логические анализаторы регистрируют сигналы иначе, чем осциллографы. Обычно дискретизация сигнала в осциллографах выполняется с использованием

8-разрядного аналого-цифрового преобразователя (А0П) для достоверного, детального воспроизведения сигнала на экране осциллографа. А логический анализатор просто сравнивает входной сигнал с заданным пользователем уровнем порогового напряжения. Если сигнал выше порогового уровня, он рассматривается как логическая 1, если ниже – как логический 0. Tакие абсолютно различные подходы к регистрации сигнала приводят к тому, что один и тот же импульс отображается по-разному, как показано на рис. 3.

Рисунок 3 – Отображение сигналов на логических анализаторах и осциллографах.

Еще одно различие между осциллографом и логическим анализатором заключается в запуске. В осциллографах предлагаются основные режимы запуска, предназначенные для поиска аномалий аналогового сигнала (глитчей (выбросов), рант-импульсов, скорости нарастания и т. д.), а также случаев выполнения основных цифровых условий, таких как нарушение времени установления и удержания или одна логическая модель, определенная на двух или четырех входных каналах. С другой стороны, логические анализаторы предоставляют множество логических средств, таких как многочисленные блоки сравнения слов, счетчики и таймеры, позволяющие определять сложные условия запуска типа 721И-TО-ИНА/7 по множеству состояний для поиска неполадок в сложных системах.

Kроме того, логические анализаторы содержат полный комплект пакетов поддержки микропроцессоров. Эти пакеты обычно содержат аппаратный и программный компоненты. Аппаратный компонент обеспечивает физическое подключение к внешней микропроцессорной шине, а программный компонент расшифровывает захваченные данные для представления в удобной форме для анализа выполнения программ.

Еще одно преимущество логического анализатора заключается в возможности отслеживать и сопоставлять сигналы нескольких системных шин на одном приборе. Например, разработчику может потребоваться отследить выполнение программы на внешней шине одновременно с отслеживанием обращений к памяти. Благодаря возможности расширения функций логические анализаторы прекрасно подходят для решения сложных задач, в которых требуется наглядность, использование современных режимов запуска и программных средств анализа.

Рисунок 4 – Отслеживание исходного кода на логическом анализаторе Tektronix TLA.

Рисунок 5 – Анализ временных параметров с использованием логического анализатора Tektronix TLA.

Области применения логического анализатора

Всесторонняя многоканальная проверка работы цифровой системы
Использование современных режимов запуска по множеству состояний для поиска неполадок
Отслеживание выполнения программ
Проверка временных характеристик системы
Tестирование параметров системы
Исследование быстродействующих запоминающих устройств

Логический анализатор с модулями осциллографа

Одна из первых попыток предложить решение для тестирования систем со смешанными сигналами заключалась в создании для логических анализаторов особых модулей, представляющих собой цифровые осциллографы. Эти модули встраивались непосредственно в логический анализатор и выполняли функции осциллографа. Сигнал, зарегистрированный с помощью осциллографа, сопоставлялся с сигналами в цифровых каналах на экране логического анализатора.

Однако у таких модулей осциллографа были свои ограничения. Будучи частью логического анализатора, они являются, в основном, устройствами однократного запуска в отличие от автономных осциллографов, работающих в режиме реального времени. Они довольно дорогостоящие, обладают более скромными возможностями, чем отдельные осциллографы, и не имеют привычного пользовательского интерфейса осциллографа. Наконец, поскольку они интегрированы с логическим анализатором, их невозможно использовать для решения повседневных задач отладки.

Области применения логического анализатора с осциллографом

Разработка схем с аналоговыми и цифровыми компонентами
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
Измерения качества цифровых сигналов
Сопоставление аналоговых и цифровых событий во времени
Исследование характеристик переходного процесса при включении системы

Логический анализатор, используемый в сочетании с настольным осциллографом

Осциллографы можно найти почти в каждой инженерной лаборатории. Они прекрасно подходят для решения задач, в которых требуется представление аналогового сигнала с высоким разрешением. Kогда требуется всесторонне исследовать работу системной шины, каналов осциллографа может оказаться недостаточно. В этих случаях разработчики широко используют логические анализаторы.

Что Вы делаете, когда необходимо зарегистрировать сигналы на множестве цифровых каналов и одновременно получить представление аналогового сигнала с высоким разрешением? Для решения сложных проблем, связанных со смешанными сигналами, часто требуется просматривать аналоговые и цифровые сигналы одновременно. В таких случаях необходимо использовать и осциллограф, и логический анализатор.

Одним из преимуществ такого решения, состоящего из двух приборов, является быстродействие. Tак как размеры разрабатываемых схем уменьшаются, растет влияние аналоговых характеристик сигналов на целостность работы схем. Разработчикам требуется одновременно измерять характеристики высокоскоростных цифровых и аналоговых сигналов в этих схемах. При использовании таких технологий, как PCI Express, HyperTransport™ и DDR, возникают проблемы, связанные с измерениями. Скорости шины просто слишком высоки для модулей осциллографа, интегрированных в логический анализатор.

Однако для таких областей применения идеально подходят настольные осциллографы. Осознав необходимость сопоставлять данные, полученные на настольном осциллографе, с данными, полученными на логическом анализаторе, специалисты Tektronix разработали технологию iView™ (Integrated View).

iView™ объединяет и автоматически сопоставляет по времени данные с осциллографа и логического анализатора Tektronix. Данные, полученные на осциллографе, передаются на логический анализатор, что позволяет получить сигналы с корреляцией по времени. В отличие от интегрированного решения, описанного выше, iView™ позволяет использовать любой осциллограф Tektronix в сочетании с логическим анализатором. Это интегрированное решение, состоящее из двух приборов, предоставляет возможности полноценного логического анализатора и осциллографа, работающих как единое целое. Преимущество iView™ заключается в соответствии характеристик и цены оборудования к его области применения.

Области применения логического анализатора, используемого в сочетании с настольным осциллографом