Hosszú jelsorozatok elemzése R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkóppal
Nem a periodikus jelek vizsgálata jelenti az igazi kihívást egy oszcilloszkópnak. Akkor kezdődnek a nehézségek, ha ritkán és előrejelezhetetlen időpontban bekövetkező események részleteit kell vizsgálnunk. Ezek a mérési feladatok jelentik az igazi hajtóerőt az oszcilloszkópok új generációinak fejlesztéséhez. A feladathoz a jelalak egyszerű megjelenítése már nem elegendő; protokollelemzés és statisztikai jelfeldolgozás is szükséges a régebben szinte elképzelhetetlen memóriakapacitáson kívül.
Az R&S®RTM-K15-jelű, előzménykezelési és szegmentált ábrázolást biztosító opcióval kiválóan elemezhetők hosszú szüneteket tartalmazó jelek. A szegmentált ábrázolást lehetővé tevő, 460 millió minta méretű memória egyedülálló ebben a műszerkategóriában. Segítségével, például soros buszokon végzett hibakeresés során, hosszúra állítható a megfigyelési idő. Az előzménykezelő funkcióval pedig bármely jelszakasz tökéletes időzítéssel vizsgálható az elemzések során.
A kihívás: szórtan jelentkező hibák felfedése oszcilloszkóppal
Új termékek fejlesztésekor a szórtan jelentkező hibák elhárítása sokszor hosszú, értékes időt emészt fel. Egy adott protokoll szerint kommunikáló buszon vagy egyéb impulzusjelen végzett hibakeresés különösen nehéz és időigényes feladat, mert az egyes adatcsomagok közötti szünetek igen hosszúak lehetnek Az 1. ábrán látható jel példájában egy érzékelő 10 ms periodicitással küld 400 μs időtartamú adatcsomagokat I2C-buszon keresztül, és az átvitelben keletkező hibákat elemezzük. Az I2C-illesztők hibáit oszcilloszkópokkal lehet felderíteni. A legtöbb ilyen kategóriájú oszcilloszkóp – az R&S®RTM2000 kivételével – meglehetősen korlátozott méretű memóriával rendelkezik, amely mindössze néhány ms hosszúságúra korlátozza azt a felvételi időtartamot, amelyben a hibákat és előzményeiket kereshetjük.
1. ábra Példák egy érzékelő rövid jeleinek befogására és elemzésére
Az egyszeri lefutás hátrányai
Általában két lépésben szoktak hosszú jelszakaszokat rögzíteni. Először megfelelően lassú időalapot állítanak be (például 20 ms/osztás lefutási sebességgel) – ami a jelen példában szereplő érzékelő által kiküldött 19 adatcsomag vételét jelenti –, majd egyszeri lefutásos jelbefogásra kapcsolnak, megelőzve, hogy egy újabb szinkronizálási (trigger) esemény következtében felülíródjon a kirajzolt jelalak.
A fenti eljárás két döntő hátránnyal is rendelkezik, amelyek igencsak megnehezítik a meredek fel- és lefutású impulzusjeleken esetlegesen fellépő szórt hibák vizsgálatát. Egyrészt – mint az 1. ábrán is – a mérés szempontjából érdektelen adásszünetek jelentős részaránya miatt csupán néhány jelcsomag befogására van lehetőség. Másrészt problémát jelent a mintavételi sebesség elkerülhetetlen csökkenése is: 2 millió érték tárolására alkalmas memória esetén, 2 GHz-es mintavételi sebességnél a leghosszabb felvételi időtartam 1 ms lehet, ami a példában szereplő érzékelő egyetlen adatcsomagjának befogására is éppen csak elegendő. Ekkor – a 10 ms-os szünet miatt – a soron következő adatcsomagot elszalasztja a műszer. A mérés végrehajtásához 200 ms vizsgálati idő lenne szükséges (ehhez 10 vízszintes osztáspont esetén 20 ms/osztás időalap tartozik), ami csak a mintavételi sebesség 10 MHz-re való csökkentésével érhető el. Ez azonban túl lassú az I2C-busz jeleinek stabil dekódolásához, nem is említve a jelintegritási vizsgálatokat. A leírtak miatt kell az ilyen jellegű mérésekhez nagy memóriájú berendezéseket használni; amilyen például az R&S®RTM2000 típusú asztali oszcilloszkóp is (2. ábra). Az alapkiépítésben 20 millió mintát tároló készülék a fenti esetben 100 MHz mintafrekvenciával működne, lehetővé téve 19 darab adatcsomag folytonos rögzítését és elemzését. Ezzel a megoldással már analizálhatók a jelhibák, de egy adott hiba behatárolásának még így is kicsi a valószínűsége a kevés eltárolt adatcsomag miatt. Lényegesen hatékonyabb lehetőségeket nyújt az új, előzménykezelési és szegmentált ábrázolásra alkalmas R&S®RTM-K15 jelű opció.
2. ábra Az idő- és frekvenciatartománybeli elemzéseket, protokoll- és logikaszint-vizsgálatokat, továbbá egy digitális feszültségmérőt egymagában tartalmazó, R&S®RTM2000-típusú oszcilloszkóp kitűnően használható beágyazott áramkörök fejlesztéséhez, gyártásához és szervizeléséhez is
A szegmentált jelbefogás előnyei
Az előbbieknél célravezetőbb, ha a jelbefogást csak az adatcsomagokra korlátozzuk. Ehhez jól meghatározott, protokollalapú szinkronizálást (triggerelést) kell beállítani, például amelynél az indítási esemény az I2C -busz kezdőszimbóluma. A 3. ábra az R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkóp által támogatott protokollokról ad áttekintést.
3. ábra Szinkronizálási és dekódolási opciók
Az előzménykezelési és szegmentált ábrázolást biztosító, R&S®RTM-K15 jelű opció kétféleképpen is támogatja a hibakeresési műveleteket. Az analóg és digitális csatornák mintáit tároló memória méretét 460 millió értékre bővíti, ami önmagában egyedülálló ebben a műszerkategóriában. Ezenkívül a memóriát azonos hosszúságú szegmensekre is felosztja. E szegmensek száma egy adott feladathoz illeszkedően állítható be (4. ábra), a memóriaterület optimális kihasználásáról pedig maga az oszcilloszkóp gondoskodik. Például egy adott soros protokoll esetén egy rekord hossza a legnagyobb csomagmérettől függ. A jel vizsgálandó szakaszát a műszer a szinkronizálási ponttól kezdődően menti el a memóriába, a szünetek alatt pedig – mint az 1. ábrán is láttuk – nem rögzít semmit. Fontos információ az utólagos elemzéshez: az R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkóp igen finom, 3,2 ns-os felbontással tárolja el a szinkronizálási esemény idejét.
4. ábra Az R&S®RTM2000-típusú oszcilloszkóp szegmentált memóriás beállításai
A példában szereplő érzékelő esetében szegmensenként 500 μs hosszú rekordokra van szükség: ebből 400 μs az adatcsomagok terjedelme, előttük és utánuk pedig 50 μs-os időtartalékot célszerű beállítani (5. ábra). Az így adódó 500 μs-os jelszakasszal és 10 000 mintához elegendő szegmensmérettel (20 MHz mintasebességgel) már stabilan dekódolhatók az információk. A műszer teljes memóriájában rögzíthető 45 000 szegmens nyolcpercnyi kommunikáció rögzítését teszi lehetővé. A csomagok kezdőpontját jelölő adatminta a műszer soros protokoll triggerének szinkronizálási pontja.
5. ábra I²C-busz dekódolt jele, analóg hullámformák és a jelbefogási tábla megjelenítésével. Az előzménykezelő funkció az alul látható menün keresztül érhető el
Előzmények megjelenítése elemzésekhez
Az R&S®RTM-K15-opció előzménykezelési üzemmódjának köszönhetően minden befogott jelszakaszhoz hozzá lehet férni később is. Az oszcilloszkóp összes kiértékelő eszköze, többek között a gyorsmérési funkció, az amplitúdómaszk-vizsgálat és a protokolldekódolás is felhasználható az elemzések során (lásd a jelalakot az 1. ábrán).
Az R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkóp alapfunkciói közé tartozó amplitúdómaszk-vizsgálat segítségével kitűnően kimutathatók – többek között – a mérés tárgyát képező érzékelő órajelének bizonytalanságai. Az amplitúdómaszk az órajel egy referenciaként szolgáló részletének felhasználásával mindössze néhány gombnyomással előállítható, de USB-memóriából is betölthető. Az előzménykezelő opció lejátszási gombjának (az 5. ábrán alul) megnyomását követően a műszer összehasonlítja mind a 45 000 szegmens tartalmát a beállított maszkkal. Az eltéréseket statisztikailag kiértékeli, és ha engedélyezzük, a maszk megsértése esetén megállítja a mérést, megjelenítve az érintett szegmenst.
Az összes szegmenst időbélyegekkel együtt tartalmazó jelbefogási tábla (az 5. ábrán balra, alul) segítségével a hibát magában foglaló szegmens előtti jelszakaszokhoz is könnyedén hozzáférhetünk. A korábbi jelrészletek hatásai ezen a módon gyorsan felfedhetők, a periodikus jelenségek pedig a hibás szegmensek szinkronizálási idejének vizsgálatával mutathatók ki. Utólagos analízis céljából valamennyi szegmens tartalma számítógépre menthető.
Mi a helyzet akkor, ha normál működés közben lép fel hiba, és az előzménykezelő segítségével kell megfelelő információkat szerezni a megoldáshoz? Ez sem probléma: amennyiben az oszcilloszkópba be van építve az R&S®RTM-K15-opció, a műszer mindig időbélyegekkel ellátott szegmensekre bontva menti el a megjelenített hullámformát, így e szegmensek az előzménykezelővel bármikor megtekinthetők.
Összefoglalás
A soros jelekre szinkronizáló és azokat dekódoló opciók az R&S®RTM-K15-jelű kiegészítéssel együtt komoly elemzési lehetőségeket nyújtanak. A nagyméretű, 460 millió mintát tároló memória, amely e kategóriában példátlan, a műszer rugalmas szegmentálási algoritmusával együtt a milliszekundumosról akár több percnyire, vagy még azt is meghaladó hosszúságúra növeli az effektív rekordméretet.
Az előzménykezelő funkcióval minden befogott jelszakasz később is megtekinthető, illetve elemezhető. Az események közötti összefüggések a 3,2 ns felbontású időbélyegeknek köszönhetően precízen meghatározhatók. A jelbefogási táblában egyedi szegmensek is kijelölhetők megtekintésre, vagy az előzménykezelő funkció segítségével minden szegmens automatikusan lejátszható. A hibát tartalmazó szegmens az R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkóp minden eszközével kielemezhető; ilyen például a gyorsmérési funkció, az amplitúdómaszk-vizsgálat, az FFT-analízis vagy a protokolldekódolás is.
Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49.
Tel.: +36 1 412 4460, fax: +36 1 412 4461
E-mail:
www.rohde-schwarz.hu
Még több Rohde & Schwarz
Címkék: RTM2000 | oszcilloszkóp | hosszú jelsorozatok
