Skip to main content

Középpontban a beágyazott rendszerek

Megjelent: 2016. október 03.

1abraA Rohde & Schwarz RTO2000-sorozatú oszcilloszkópcsaládja a fejlesztők és üzemeltetők ideális munkaeszköze

Az R&S®RTO2000 sorozatú oszcilloszkópokat kiváló alakhűség, 16 bitig finomítható függőleges felbontás és gyors jelbefogási képesség jellemzi a 600 MHz-től 4 GHz-ig terjedő műszerkategóriában. Elemzőeszközök széles választéka, felhasználóbarát kezelőfelület és dokumentálási funkciók segítik a beágyazott rendszerekben előforduló, számos különféle jel időkorrelált analízisét.

 

A beágyazott rendszerek, azaz különféle technológiákon alapuló alkatrészeket nagy sűrűségben tartalmazó áramkörök jelentik a legnagyobb kihívást napjainkban a fejlesztők és a szervizek számára (lásd a „Beágyazott rendszerek tesztelése” című keretes írást). Az ilyen jellegű, kifinomult mérési problémák megoldásához intelligens eszközök szükségesek – például az új, R&S®RTO 2000 típusú oszcilloszkóp (1. ábra), amely egy teljes körű, többtartományú vizsgálatokhoz tervezett berendezés. Sokrétű képességei idő- és frekvenciatartománybeli mérésekre, valamint logikai és protokollelemzésekre terjednek ki, amiket korábban csak többféle célműszerrel lehetett elvégezni.

 

1abra

1. ábra Többtartományú mérésekhez tervezett műszer: az új, R&S®RTO2000 oszcilloszkóp

 

Beágyazott rendszerek tesztelése

Az elektronikus áramkörök egyre nagyobb mértékű összeépítését mozgató erő a gyártóipar, a járműipar, a szórakoztatóelektronikai ipar és az „okos házak” eszközeit fejlesztő szektor által gerjesztett, költség-hatékony, nagy teljesítőképességű rádiókommunikációs- és vezérlőelektronikai eszközök iránti határtalan igény. A fejlett beágyazott rendszerek számos funkcionális egységet és technológiát egyesítenek: a processzor, a tápellátó alrendszer, a digitális átviteli illesztők, a helyi programmemória, az adatmemória és az érzékelők: mind-mind a lehető legkisebb területen kell, hogy elférjenek. Az összeépítés következő szintje, amelyben már a rádiófrekvenciás modulokat is integráltan valósítják meg. Az ilyen komplex összeállításokban számos különféle hullámformával találkozhatunk az RF-adástól kezdve az érzékelők által szolgáltatott analóg jelekig vagy a vezérlő illesztőfelületeken megjelenő, adott protokoll szerinti kódolt jelekig (2. ábra). Az itt vázolt összetett elrendezések komoly kihívást jelentenek a fejlesztők számára, mert a sűrű áramkörökben lényegesen könnyebben lépnek fel kölcsönös zavarási jelenségek. A nem kívánt kölcsönhatásokat rendszerszinten ki kell küszöbölni, a piaci nyomás által diktált rövid fejlesztési idő keretén belül.

2abra
Többtartományú mérési funkciók jelintegritás-vizsgálatokhoz

Kiszajú bemeneti fokozatainak és nagy felbontású A/D-átalakítóinak köszönhetően az R&S®RTO2000 típusú oszcilloszkóp analóg bemeneti csatornái nagyon pontos, igen széles dinamikatartományú időtartománybeli vizsgálatokat tesznek lehetővé. A mérési eredmények megbízhatóak akár egyszerű időfüggő feszültségmérés, akár különleges vizsgálatok esetén, mint például az óra- vagy adatjeleken végzett jitterelemzés, vagy a kapcsolóüzemű tápegységek teljesítményviszonyainak elemzése (lásd „Az R & S®RTO2000 oszcilloszkóp fő erősségei” című keretes írásunkat).
További 16 digitális csatorna is bővíti az oszcilloszkóp képességeinek körét, lehetőséget adva például digitális illesztőfelületek logikai (alacsony/magas) szintjeinek az idő függvényében történő precíziós mérésére. Még párhuzamos buszok időzítési hibái is gyorsan kimutathatók e funkcióval.
A műszer számos eszközt tartalmaz soros adatátviteli felületek protokoll alapú elemzéséhez is. Ezek sokféle szinkronizálási (triggerelési) és dekódolási műveletet tesznek lehetővé, többek között I2C-, SPI-, USB- és Ethernet-szabványú jeleken. A protokollanalízisre az R&S®RTO2000 oszcilloszkóp analóg és digitális csatornái egyaránt használhatók. A műszer a saját belső, céláramkörökkel megvalósított protokoll-trigger fokozatával megbízhatóan szinkronizál különféle jelrészletekre, például címekre vagy adatokra.
Nagy dinamikájú analóg csatornáinak köszönhetően az R&S®RTO2000 oszcilloszkóppal a rádiófrekvenciás jelek még olyan esetekben is meglehetősen jól vizsgálhatók, amelyekben elsősorban spektrumanalizátorokat szoktak alkalmazni. Rendszerszintű mérések során a csatornák időben precízen összehangolt képet adnak, és ezzel a beágyazott áramkörök egyes fokozatai közötti összefüggések is hatékonyan vizsgálhatók.
A 3. ábra egy Wi-Fi-modult tartalmazó IoT-eszköz tesztelésekor felmerülő mérési lehetőségeket szemlélteti. A sárga színnel ábrázolt 1. csatornán a befogott Wi-Fi-adás időtartománybeli képe látható. Maga a jel azonban nem azonosítható egyértelműen, amíg a spektrumát meg nem jelenítjük (Math4). A narancsszínű diagrammal felrajzolt 3. csatornán a rádióadás áramfelvételre gyakorolt hatása figyelhető meg. Az USB-illesztő vezérlőparancsainak időzítése is nyomon követhető a műszer képernyőjén. Az R&S®RTO-K60-jelű kiegészítés (opció) a 2. és 4. (zöld, illetve kék színnel ábrázolt) csatornán vizsgált jeleket dekódolja, amely közvetlenül értelmezhető USB-adatok megjelenítését teszi lehetővé.

 

3abra

3. ábra Példa többtartományú eszközre: IoT-modul Wi-Fi- egységgel, elemes tápegységgel és USB-illesztővel

Különféle funkciók áramfelvételének elemzése

Egy rendszer kezdeti funkcionális tesztelését az áramkörök optimalizálása követi. Mobileszközök esetén kiemelt jelentőségű az áramfelvétel. Ennek méréséhez olyan műszer szükséges, amely 1 mA nagyságrendű felbontással képes kis áramokat érzékelni, miközben alkalmas az áramváltozások és a kapcsolási jelenségek közötti összefüggések kimutatására is – például RF-jelsorozatok kisugárzása vagy energiatakarékos üzemmódra váltás esetén.
Széles dinamikatartományának és igen érzékeny analóg csatornáinak köszönhetően az R&S®RTO2000 típusú oszcilloszkóppal kis feszültségek és áramok is kiválóan mérhetők. A berendezés R&S®RT-ZC30-jelű kiegészítése (opciója) egy érzékeny árammérőfej, melynek alsó méréshatára 1 mA (sávszélesség: 120 MHz). A műszer nagy felbontású (HD-) üzemmódjában akár 100 μA-es változások is megjeleníthetők (4. ábra).

 

4abra

4. ábra Modulált szinuszhullám kinagyítva, ki- és bekapcsolt 16 bites HD-üzemmód esetén


Egy árammérésre használt analóg csatorna időbeli viszonyítási alapot is szolgáltat további, párhuzamosan vizsgált jelenségekhez. Az 5. ábrán narancsszínnel megjelenített 3. csatorna egy eszköz energiatakarékos üzemmódban mért 1,7 mA-es áramfelvételét mutatja. Az áramfogyasztás a sárga színnel kirajzolt, 1. csatornán látható rádióadással, illetve a rendszer UART-buszon történő adatforgalmával függ össze. Energiatakarékos működési módban a modul nem sugároz rádióhullámokat, de fogadja a bázisállomás rendszeres időközönként kibocsátott lekérdező jeleit. Az áramfelvétel rövid időre 105 mA-re emelkedik, az RF-modul pedig UART-buszon CTS-állapotot jelez, amint az az oszcilloszkóp egyik digitális csatornáján látható.

 

5abra

5. ábra Beágyazott áramkör áramfelvételének mérése energiatakarékos üzemmódban. A bázisállomás lekérdező jelek segítségével fenntartja a kapcsolatot a GSM-modullal (rövid áramimpulzusok)

Kifinomult hibakeresés spektrális mérésekkel

Az R&S®RTO2000 típusú oszcilloszkóp valamennyi analóg bemeneti csatornáján bekapcsolható, igen hatékony FFT-alapú spektrummérés további lehetőségeket rejt magában. Különféle rádióadások elemzése mellett ilyenek például a zavarjelek felfedését célzó, EMI-vizsgálatokhoz kapcsolódó hibakeresések, vagy akár a tápegységeken végzett spektrális mérések. Az oszcilloszkópokban általánosan alkalmazott, hagyományos FFT-számításhoz képest az R&S®RTO2000 algoritmusával nagyobb felbontás és gyorsabb megjelenítés érhető el. Mindez a műszer digitális lekeverő (DDC-) fokozatának köszönhető, amely révén az FFT-művelet egy kiválasztott frekvenciasávra szűkíthető le.
A fentiek mellett további kényelmi funkciók, többek között automatizált mérések, határérték-ellenőrzés, csúcsértéklisták és csúcsértéktartó detektorok segítik a spektrumkép alapján történő hibaelhárítást. Az oszcilloszkóp által kínált egyik egyedi lehetőség a spektrogramos megjelenítés („vízesés-diagram”), amely a frekvencia-tartománybeli változások időbeli követését teszi lehetővé (6. ábra).

 

6abra

6. ábra A jel frekvenciájának modulációja jelenik meg a spektrogramon

Zónás szinkronizálás (triggerelés) az idő- és frekvenciatartományban

Az R&S®RTO2000 oszcilloszkóp másik egyedi képessége az ún. zónás szinkronizálás (triggerelés), amely segítségével grafikusan elkülöníthetők az idő- és frekvenciatartománybeli események. Összesen nyolc darab, tetszőleges alakú zóna állítható be és kapcsolható össze logikailag, triggerfeltételként. Szinkronizálási esemény lehet, ha a vizsgált jelek metszenek meghatározott zónákat, vagy ellenkezőleg, ha adott zónákon kívül helyezkednek el. Ezzel a funkcióval spektrális zavarjelek érzékelhetők egy EMI-célú hibakeresés során, vagy akár memóriavezérlők olvasási és írási ciklusai különíthetők el. A 7. ábrán látható példa azt szemlélteti, hogy a zónás triggereléssel milyen módon lehet a spektrumkép alapján megmérni egy GSM-jelcsomag (burst) kisugárzása során fellépő áram- és feszültségviszonyokat.

 

7abra

7. ábra GSM-jelcsomagok (burst) mérése a spektrumképen beállított zónás triggerelés segítségével

Összefoglalás

Az R&S®RTO2000 típusú oszcilloszkóp egyedülálló módon ötvözi a sokrétűségből, gyors működésből, nagy pontosságból és a kényelmi funkciókból fakadó lehetőségeket. A műszerrel végezhető idő- és frekvenciatartománybeli mérések, továbbá logikai- és protokoll-elemzések kölcsönösen támogatják egymást. A műszer – kategóriájában egyedülállóan – egymillió jelszakaszt képes másodpercenként befogni. Nagy dinamikájának előnyei nem csupán az időtartományban, hanem a frekvenciatartománybeli vizsgálatoknál is megmutatkoznak – az utóbbi esetben példátlan képességeket nyújtva a céláramkörökkel megvalósított FFT-számításnak köszönhetően. Az oszcilloszkóp 16 bites, nagy felbontású (HD) működési módjában a legfinomabb jelrészletek is kivehetők, sőt, a berendezés szinkronizáló (trigger) rendszere is teljes mértékben kihasználja ezt a felbontást. Az R&S®RTO2000 oszcilloszkóp elsőként tartalmaz frekvenciatartománybeli, ún. zónás szinkronizálást (triggerelést), amely segítségével elsősorban a spektrális jellemzőik alapján azonosítható jelek foghatók be. Rugalmasan állítható készülékfunkcióinak és kezelési lehetőségeinek köszönhetően a műszerrel a kifinomult műveleteket igénylő feladatok is gyorsan megoldhatók. 

 

Az R&S®RTO2000 oszcilloszkóp fő erősségei

Saját fejlesztésű alkatrészek

Az R&S®RTO2000 oszcilloszkóp kiváló érzékenysége és igen széles dinamikatartománya kis zajú bemeneti fokozatainak, valamint a gyártó saját fejlesztésű, 10 GHz-es, egymagos A/D-átalakítójának köszönhető. A műszer hatásos zajszintje kisebb, mint 100 μV, az A/D-átalakítók effektív felbontása (ENOB) meghaladja a hét bitet, a csatornák közötti elválasztás pedig a 60 dB-t, hogy csak néhány példát említsünk. Ilyen jellemzők mellett az analóg csatornákkal kitűnő idő- és frekvenciatartománybeli mérések végezhetők.
A jelek részletes vizsgálatához sokszor finomabb függőleges felbontás szükséges. Az R&S®RTO2000 nagy felbontású (HD) üzemmódban akár 16 bites ábrázolásra is képes; ekkor kifinomult, az A/D-átalakítók után elhelyezkedő, állítható határfrekvenciájú aluláteresztő szűrők határolják a vizsgált jel sávszélességét (4. ábra). A felbontás és a jelsávszélesség közötti optimális kompromisszumot maga a felhasználó állíthatja be. A műszer digitális szinkronizáló (trigger) rendszere is a nagy felbontású adatokat használja fel, tehát a jelek legfinomabb részleteire is beállítható szinkronfeltétel.
Az oszcilloszkóp nem csupán kiváló analóg jelátvitelre képes, hanem nagy teljesítőképességű, saját fejlesztésű ASIC‑ben megvalósított digitális jelfeldolgozásra is. Gyors, párhuzamosított belső folyamatainak köszönhetően felülmúlja a külső számítógépre alapozott, utólagos adatfeldolgozás lehetőségeit. Az R&S®RTO2000 másodpercenként akár egymillió jelszakasz befogására, feldolgozására és megjelenítésére is képes, még abban az esetben is, ha hisztogramos ábrázolás, határvonalak vagy kurzoros mérések is be vannak rajta kapcsolva. A laboratóriumi oszcilloszkópok kategóriájában ezekkel az egyedülálló képességekkel még a szórtan fellépő hibajelenségek is gyorsan és sikeresen kimutathatók.
A műszer jelmemóriájának mérete 2 milliárd mintáig bővíthető, ami szintén példa nélküli ebben a kategóriában. Ezzel elegendően nagy memóriaterület áll rendelkezésre hosszú impulzusok vagy protokoll-jelsorozatok befogására. Ez a memóriaméret az oszcilloszkóp előzménykezelő funkciójának hatékonyságát is fokozza, ugyanis több jelszakasz használható fel részletes vizsgálatokhoz.

Mindenféle alkalmazáshoz hozzáilleszthető

Az R&S®RTO2000 típusú oszcilloszkóp sokoldalúságánál fogva hozzáilleszthető egy adott alkalmazás által támasztott követelményekhez. Két- és négycsatornás kivitelben kapható, 600 MHz-es, 1 GHz-es, 2 GHz-es, 3 GHz-es és 4 GHz-es felső határfrekvenciájú változatban, különféle jelmemória-bővítési lehetőségekkel. Bármelyik típusváltozatának sávszélessége utólagosan kiterjeszthető.
A műszer összes modulszintű bővítése (opciója) – többek között a logikai analízisre szolgáló digitális csatornái vagy 10 MHz-es, fűtött referenciajel-forrása – közvetlenül behelyezhetők a készülékbe, sőt, akár a felhasználó által is telepíthetők. Különleges célfeladatokhoz különféle szoftveropciók bármikor engedélyezhetők a berendezésen. Ilyenek, például, a soros illesztők tesztelésére szolgáló szinkronizálási (triggerelési), dekódoló, illetve automatizált megfelelőségvizsgáló opciók, valamint a jitter- és jelteljesítmény-mérésekre, továbbá spektrális analízisre szolgáló kiegészítések is.

Könnyű kezelhetőség érintőképernyőn keresztül és az R&S®SmartGrid-funkció segítségével

Sokrétű képességei és széles körű szolgáltatásai ellenére az R&S®RTO2000 oszcilloszkóp igen könnyen kezelhető a kivételes, 12,1” átlóméretű érintőképernyője segítségével. Az R&S®SmartGrid-funkciónak köszönhetően minden hullámforma és egyéb információ világosan, jól kivehetően jelenik meg. A fontos feldolgozóeszközök, mint például a kurzorok, a mérési műveletek és a visszavonó/ismétlőfunkciók külön eszközsoron, gyorsan is elérhetők. A műszer alkalmazáskezelője hozzáférést enged különféle célalkalmazásokhoz: többek között szinkronizálási (triggerelési) és dekódoló funkciókhoz, megfelelőségi- és jelintegritási vizsgálatokhoz, I/Q-analízishez, sőt, akár egyedi felhasználói fejlesztőeszközökhöz is. Az R&S®RTO2000 a mérések dokumentálását is megkönnyíti azzal, hogy a képernyőfelvételek, hullám-formák és műszerbeállítások egyetlen gombnyomással elmenthetők.

 

 

Látogasson meg minket az AUTOMOTIVE HUNGARY kiállítás 307 F standján!

 

Guido Schulze – Rohde & Schwarz

 

Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49.
Tel.: +36 1 412 4460, e-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.rohde-schwarz.hu

Még több Rohde & Schwarz