Ezen cikk célja annak bemutatása, hogy az általános célú asztali oszcilloszkópok területén megjelent legújabb technológia milyen módszerbeli változással segíti a mérések során felmerülő problémák megoldását, rámutatva olyan fontos jellemzőkre, mint a hullámforma-frissítés, a digitális csatornák, a beépített függvény­generátor és a protokollanalizátor-funkciók jelentősége

Oszcilloszkóp-architektúrák

Az 1. ábra hagyományos digitális oszcilloszkóp blokkdiagramját mutatja. Az Agilent (illetve akkor még Hewlett-Packard) úttörőként ezen architektúrát alkalmazta a 90-es évek elején és a mai napig ugyanezen architektúra használatos a piacon megtalálható szkópokban.
Amíg egy oszcilloszkóp különálló, funkcionális blokkokból épül fel, teljesítménye a jól ismert rendszerintegrációs problémáknak - úgymint a melegedésnek, az összeköttetések sebességének, a teljesítménydisszipációnak és a költségeknek - köszönhetően igen korlátozott.
A fentiek nagymértékben befolyásolják a szkóp paramétereit: a hullámforma-frissítést, a mérési sebességet, a válaszidőt vagy akár az érzékenységet.
Az Agilent által fejlesztett és használt egyedi MegaZoom ASIC (Application Specific IC) technológia kiküszöböli a különálló blokkfelépítésből adódó teljesítményproblémákat, amelyeket a hagyományos architektúra esetén tapasztalhatunk.
A 2. ábra a MegaZoom-technológia blokkdiagramját mutatja.
Látható, hogy a különálló blokkok közül többet egyetlen ASIC chipbe integráltak. Ezzel az egybeépítéssel az Agilent kihasználja a nagyobb sebességű belső buszok előnyeit. Ezek a szkópok
rendelkeznek a leggyorsabb hullámforma-frissítéssel, és lenyűgöző jelmegjelenítést tesznek lehetővé. Mindez azért lehetséges, mert az adatgyűjtés utáni szoftveres feldolgozás helyett a blokkok chipbe integrálásával számos kulcsfontosságú CPU- és
szoftverművelet a MegaZoom hardverbe került. Ez lehetővé teszi a nagyobb teljesítményt a mérések, a hullámformamaszk teszt és a soros dekódolás esetében.
Az oszcilloszkópnak ahhoz, hogy kielégítse a változó követelményeket, ill. eleget tegyen a jövőbeli felhasználásoknak, olyan teszt­időcsökkentő és hibakeresést gyorsító funkciókkal kell rendelkeznie, amelyekkel később egyszerűen bővíthető. Ez nehéz feladat, de a MegaZoom-architektúrájú, ASIC chippel rendelkező szkópoknál megoldható. Az új technológiával minden, eddig különálló blokkot egyetlen chipbe integráltak, tovább növelve a különböző funkciók teljesítményét, a még optimálisabb működés és termelékenység érdekében. E technológiai fejlesztéssel olyan mérési és tesztelési lehetőségek váltak elérhetővé az olcsó szkópok területén, amelyekkel ez idáig csak a magasabb árkategóriájú oszcilloszkópokban találkozhattunk, hozzájárulva ezzel a gyorsabb és sokkal nagyobb megbízhatóságú gyártási folyamatokhoz.

A gyors hullámforma-frissítés előnyei
Egy eszköz tesztelésekor a funkcionálisan helyes működés meghatározásához egyszerűen a tesztelendő termék által előállított/módosított elektronikus jelet vizsgáljuk: van-e működési hiba, esetleg "glitch", amelyet szeretnénk megfogni, nyomon követni, és a hiba forrását megszüntetni? A gyors hullámforma-frissítéssel rendelkező oszcilloszkópok esetében lényegesen nagyobb a "glitch"-ek elfogásának valószínűsége, mint a lassabbaknál, a jóval kevesebb "holtidőnek" köszönhetően. Ez az időtartam ("holtidő") az, amikor az oszcilloszkóp a mintavett jelet feldolgozza és megjeleníti a kijelzőn, vagyis ezen időtartam alatt az oszcilloszkóp bemenetére érkező jel nem kerül feldolgozásra, tehát elvész. A MegaZoom nélküli architektúra esetén (1. ábra) a maximális hullámforma-frissítés 55 000 hullámforma/s (speciális beállítások mellett).

Az új technológiával (3. ábra) 1 millió hullámforma/s sebesség érhető el, minimálisra csökkentve ezzel az oszcilloszkóp "holtidejét", és tovább növelve a nemkívánt, ritkán előforduló hibák, "glitch"-ek elfogásának valószínűségét. A MegaZoom technológiával rendelkező oszcilloszkópok jóval magasabb szintű megbízhatóságot, jobb jelmegjelenítést, gyorsabb tesztidőt és hibakeresést tesznek lehetővé.

Az integrált, "négy az egyben" műszer előnyei
A gyors hullámforma-frissítés csak az egyik előnye a MegaZoom architektúrára épülő oszcilloszkópoknak. A saját fejlesztésű ASIC chipnek köszönhetően a hagyományos oszcilloszkópot kiegészíthetjük beépített MSO-funkcióval, jelgenerátorral, valamint egy soros protokoll-analizátorral. A "négy az egyben" típusú műszer hatékonyabb hibakeresést és fejlesztést tesz lehetővé. Egyszerűbbé válik a mérőrendszer kialakítása, valamint a mérések kiértékelése is átláthatóbb a közös integrált platformon.

Az oszcilloszkóp
Az oszcilloszkóp elsődleges feladata a különböző jelalakok megjelenítése és azok paramétereinek mérése. Nagyobb mintavételezéssel több, számunkra fontos adatot tudunk rögzíteni, ezáltal részletgazdagabb információkhoz juthatunk a tesztelni kívánt jelekről. A hatékony tervezési és fejlesztési procedúra érdekében a hosszú és összetett hullámformákat az oszcilloszkóp memóriájában tároljuk. A MegaZoom architektúrájú oszcilloszkópoknál az optimális mintavételi frekvencia meghatározása automatikus, a gyors és nagy mennyiségű adatgyűjtés érdekében.
A tárolt hullámformák közül manuálisan csak lassan és nehézkesen lehet a keresett eseményt megtalálni. Abban az esetben, ha az oszcilloszkóp rendelkezik automata keresőfunkcióval, könnyedén rákereshetünk az adott paraméterek alapján a megfelelő jelformára, valamint egyszerűen navigálhatunk a talált és megjelölt események között az előlapi kezelőgombokkal.

Az 5. ábrán az oszcilloszkópot 0,1 ms időalapú (1 ms time-span) adatgyűjtésre állítottuk be, keresési feltételnek pedig "Runt" (törpe) jelformát. Az automata keresőfunkció 20 db, kis fehér háromszöggel jelölt "Runt" jelalakot talált a komplex digitális jelfolyamban. A navigáló-gombok segítségével könnyedén végigpásztázhatjuk és kiértékelhetjük a megjelölt hullámformákat. Manuális, órákon át tartó keresgélés helyett másodperceken belül megtalálhatjuk a keresett eseményeket.

MSO szkóp (analóg és digitális bemenetű szkóp)

A digitális jelformák mindennaposak a tervezési folyamatokban. A komplex fejlesztési és tervezési feladatok elvégzése érdekében a legtöbb esetben a 2 vagy 4 csatornás oszcilloszkópok már nem elegendőek. További 16 integrált digitális csatornával már 20 jelalakot jeleníthetünk meg. A csatornák időkorreláltak és triggerelhetők. Ezáltal sokkal rugalmasabb mérési környezetet alakíthatunk ki, és a megnövekedett csatornaszámmal egységes, átlátható képet kapunk a tesztelni kívánt rendszerről. Általában további funkciók (pl. digitális csatornák) bekapcsolása az oszcilloszkóp hullámforma-frissítésének vagy a válaszidejének csökkenéséhez vezet. A MegaZoom-architektúrájú oszcilloszkópoknál az ASIC-chip-integrációnak köszönhetően új funkciók bekapcsolása nem okoz teljesítménycsökkenést.

WaveGen - beépített függvénygenerátor
Egy integrált, 20 MHz-es függvénygenerátor oktatási célokra és a tervezőlaborok számára egyaránt ideális, ahol a rendelkezésre álló hely általában korlátozott. Az oszcilloszkóp hardverébe integrált függvénygenerátor képes szinusz-, négyszög-, fűrész-, impulzus-, zaj- és DC-jelek előállítására a mérendő eszköz teszteléséhez. Az integráltság további előnye, hogy csak egy menürendszert és interfészt kell megtanulnunk. Oktatási célra rendelkezésre állnak olyan, előre beállított jelformák, amelyek segítséget nyújthatnak villamosmérnök- és fizikushallgatók képzésében.

A MegaZoom-architektúra előnye a maszktesztalkalmazásokban

Az oszcilloszkópok maszktesztje a rögzített hullámformát hasonlítja össze egy maszkkal, ami felső, illetve alsó határokból áll. Amennyiben a rögzített jel minden egyes pontja az alsó és felső határ közé esik, abban az esetben a maszkteszt pozitív. Ha bármelyik pont a felső határ fölé vagy az alsó határ alá esik, úgy a teszt negatív. Nevezik olykor "pass/fail" vagy "go/no go" tesztnek is, mert gyors és könnyű módja annak, hogy a mérendő jeleket összehasonlítsuk a különböző szabványokkal (a szabványos jel a toleranciájával már meg is határoz egy maszkot). A szabványtól eltérő hullámformák detektálása automatikusan történik. A gyors hullámforma-frissítés kiváló lehetőséget nyújt egy hardveralapú maszkteszt megvalósításához az oszcilloszkópon, amely napjainkban hullámformák millióit jelenti 1 ... 3 másodperc alatt. Mindez a hagyományos, szoftveralapú architektúrákkal a CPU sebességétől függ, és beállítástól függően akár napokig is eltarthat.

Soros protokoll analízis sebességnövekedése a MegaZoom-architektúrával

Azzal, hogy a soros protokollanalizáló motort a MegaZoom ASIC-chipbe integrálták, a dekódolás hardveralapúvá vált. A szoftveres utófeldolgozó technikák lassabbak, ami különösen igaz, ha nagy memóriát használunk, ami soros buszon sokszor szükséges több csomag rögzítéséhez. Ha ezt egyszerre több buszon szeretnénk elvégezni, a dekódolás még lassabb lehet. Egy hardveralapú rendszernél a dekódolási sebesség hihetetlenül megnövekszik, és így sokkal nagyobb valószínűséggel lehet vele ritka soros kommunikációs hibákat észrevenni. Néha szükség lehet arra, hogy több busz jeleit hasonlítsuk össze egymással; ez a legjobban két soros busz egyidejű dekódolásával végezhető el, kiegészítve egyidejű megjelenítéssel a "Lister"-ben. Erre mutat példát a 8. ábra. A soros protokolladatok táblázatos megjelenítése a nyers jelek mellett rekordidejű betekintést nyújt az egész rendszerbe.

A MEDEXPERT Kft.honlapja