Középpontban a beágyazott rendszerek
A 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.
1. ábra Többtartományú mérésekhez tervezett műszer: az új, R&S®RTO2000 oszcilloszkóp
Beágyazott rendszerek teszteléseAz 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. |
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.
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).
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.
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).
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.
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 erősségeiSaját fejlesztésű alkatrészekAz 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.
|
Látogasson meg minket az AUTOMOTIVE HUNGARY kiállítás 307 F standján!
Guido Schulze – Rohde & Schwarz