A jelentős mértékben integrált, beágyazott rádiós modulok összetettségüknél fogva komoly kihívást jelenthetnek a fejlesztőknek. Mostanáig elsősorban célorientált műszerekkel elemezték a különféle jeltípusokat ― a rádiófrekvenciás egységeket spektrumanalizátorral, a soros illesztőket protokollanalizátorral, a memóriák interfészeit pedig logikai analizátorral. Időközben megjelentek az utóbbi két képességgel felvértezett oszcilloszkópok is, noha némelyikük a műszaki jellemzőik vagy a mérési képességeik tekintetében rendelkezik kompromisszumos tulajdonságokkal. Például: a normál mérőcsatornáikon megfelezik a mintavételi sebességet vagy a memóriamélységet, ha a logikai csatornákat bekapcsoljuk. A rádiófrekvenciás jelek behatóbb vizsgálata céljából sok oszcilloszkóp gyors Fourier-transzfomációs (FFT) analízist is nyújt, ami nem más, mint a rögzített jelek spektrumának kiszámítására szolgáló, utólagos jelfeldolgozáson alapuló matematikai művelet. Hatékony vizsgálatok mindenesetre csak az FFT-számítás gyorsítását támogató céláramkörök és jelanalízist segítő szoftverek segítségével végezhetőek.
Időkorrelált rendszertesztelés
Az IoT-alkalmazásokban használt eszközök kiváló példák nagymértékben integrált, beágyazott rádiós egységekre. Mikroprocesszorokat, érzékelőket és jelátalakítókat, tápegységet, továbbá mobiltelefon-rendszereket, illetve VLANvagy Bluetooth®-alapú átvitelt támogató rádiófrekvenciás fokozatokat egyaránt tartalmaznak, a lehető legkisebb területen összesűrítve. A felsoroltak mellett különféle soros és párhuzamos programozó-, illetve univerzális illesztővel, órajelforrással és Flash-memóriával is rendelkeznek. Az üzembe helyezés és hibakeresés során a fejlesztők a különféle funkcionális egységek, illesztők jeleit időben korreláltan begyűjtő, majd ezt követően az adatokat elemző műszert igényelnek. Az ilyen jellegű feladatokra kiválóan alkalmasak a többtartományú oszcilloszkópok. Az analóg és a digitális csatornákon rögzített események közötti merev időbeli kapcsolatnak köszönhetően az adatátviteli, információfeldolgozási és kommunikációs műveletek lefolyása hatékonyan kielemezhető. A rendszerben fellépő hibák a különféle funkciókra kiterjedő, időben korrelált mérésekkel könnyedén kimutathatóak. Mindezek mellett az egyes események és egy adott jellemző, például az áramkör energiafogyasztása közötti összefüggés is felfedhető.
1. ábra. Nagymértékben integrált, beágyazott rádiófrekvenciás rendszerek üzembe helyezését és tesztelését segíti a többtartományú oszcilloszkópok időben korrelált, idő- és frekvenciatartomány-beli vizsgálatokra, továbbá protokoll- és logikai analízisre kiterjedő mérési képességeA jelen cikkben közelebbről megvizsgáljuk, hogy milyen különleges képességek szükségesek a leggyakrabban előforduló részegységek ― úgymint soros illesztők, rádiós modulok vagy tápegységek ― beméréséhez.
Soros illesztők
A korszerű oszcilloszkópok gyakran analóg és digitális csatornákkal is rendelkeznek. Sokrétű szinkronizálási (triggerelési) és dekódolási funkcióiknak köszönhetően gyorsan ellenőrizhetők velük különféle szabványú ― például I2C, SPI, UART, USB vagy ethernet ― jelek. Még egyedi fejlesztésű, NRZ-, Manchester vagy 8b10b kódoláson alapuló adatátviteli buszok információinak értelmezésére is alkalmas, rugalmas dekódolási lehetőségeket is nyújtanak.
A különféle soros buszrendszerekben esetlegesen szórtan fellépő zavarok érzékeléséhez nagy jelbefogási és -feldolgozási sebesség szükséges. Egyes oszcilloszkópok ezért tartalmaznak céláramkörökkel megvalósított, protokollalapú szinkronizáló (trigger) rendszert, mely segítségével meghatározott jelrészletek ― például címvagy adatminták ― megbízhatóan és gyorsan megtalálhatók.
Rádiós egységek
Oszcilloszkóppal gyorsan és költséghatékonyan ellenőrizhető, hogy egy rádiós modul helyesen működik-e. Ehhez széles dinamikatartományú, kiszajú mérőcsatornák szükségesek. A rádiófrekvenciás jelek és egy rendszer egyéb részein fellépő hullámalakok közötti összefüggés vizsgálatát segíti a kapuzott FFT-mérés vagy a zónás szinkronizálás. Kapuzással a befogott RF-adás ténylegesen feldolgozandó szakasza jelölhető ki: csak a beállított tartományon végez FFT-számítást a műszer, ez alapján jelenítve meg a rádiófrekvenciás spektrumot. A spektrumképen beállított zónás triggerelés segítségével pontosan rá lehet szinkronizálni a vizsgált eszköz azon eseményeire, amelyek a megjelölt RF-jellel állnak kapcsolatban.
2. ábra. Példa többtartományú mérésre. IoT-egység tesztelése, amely a következő fokozatokat tartalmazza: WiFi (WiFi jelcsomag (burst) mérése az idő- és a frekvenciatartományban), egyenfeszültségű tápegység (árammérés) és USB-illesztő (időtartománybeli jel kinagyítása és protokolldekódolás)A rádiófrekvenciás jelek még behatóbb elemzése céljából egyes gyártók további, többek között OFDM-elemzésre, vektor-jelanalízisre, sőt, akár adott szabvány szerinti analízisre alkalmas céleszközöket is kínálnak. Például: egy LTE-szoftver segítségével a rögzített jelek demodulálhatók és a minőség, valamint a szabványos megfelelőség szempontjából mélyrehatóan elemezhetők.
A jelekben megjelenő hibák tápegységen keresztül közvetített spektrális zavarok következményei is lehetnek. A tápegység hullámalakjait időben korreláltan összevetve az RF-adással felfedhető, hogy ténylegesen az energiaellátó rendszer okozza-e az adott hibát.
Tápellátás
A korszerű, beágyazott áramkörök táplálását általában több kapcsolóüzemű tápegység biztosítja, illetve egyes funkcionális blokkokét feszültségátalakító fokozatok teszik lehetővé. A tápegységek az egyes modulok között létesített csatolások következtében mindig lehetséges hibaforrásnak tekinthetők. E jelenségek felfedéséhez megfelelő sávszélességű mérőfejek szükségesek, például olyan esetekben, amikor a zavarás memóriaillesztők jeleinek meredek fel- és lefutására vezethető vissza. A megfelelő spektrumkép FFT-művelettel jeleníthető meg, ennek révén könnyedén láthatóvá tehető a spektrális zavar. Különféle gyártók oszcilloszkópjai a spektrális események kezelése terén jelentősen különbözhetnek egymástól. Óriási előnyöket rejt magában a céláramkörökkel megvalósított FFT, amely igen gyors és nagy sebességű elemzést tesz lehetővé. Spektrogramos („vízesés-diagramos”) megjelenítéssel hosszabb időtávlaton belül is felfedhetők különféle frekvenciatartomány-beli összetevők a jelben, így segítségével akár a szórtan megjelenő hibák is könnyen azonosíthatóak.
Áramfelvétel
Különösen a rádiós fokozatokat tartalmazó IoT-eszközök üzembe helyezése és optimalizálása esetében fontos az áramfelvétel ellenőrzése. Az ilyen jellegű áramkörök sok esetben akkumulátorról, elemről működnek, a hálózati feszültségtől függetlenül, ezért igen fontos az áramfogyasztás elemzése és minimalizálása. Mindezek mellett a tápegység adatátvitel során és a működési állapot megváltozásakor tapasztalható dinamikus viselkedésének ismerete is elengedhetetlen.
A modulok sok esetben energiatakarékos üzemmóddal is rendelkeznek, ekkor a legkisebb áramfelvételül 1 mA alatti is lehet. „Éledéskor”, különösen, ha rádiós átvitel is történik, nagy, akár 200 mA-es áramok is folyhatnak. E folyamatok elemzéséhez széles dinamikatartományú és kis saját zajszintű analóg bemeneti fokozatokkal rendelkező oszcilloszkópok szükségesek. Az ilyen „kiélezett” mérések nagy felbontású üzemmódot igényelnek, melynek finomsága akár 16 bitig is fokozható.
Az eddig tárgyaltakon túlmenően a fejlesztők számára fontos lehet, hogy mekkora maximális áramfelvétel jellemző egy eszközre bizonyos működési fázisokban, valamint kiemelt figyelmet érdemel az áramok által a tápfeszültségben keltett ingadozások, hullámzások mértéke is. Itt vehetjük jó hasznát a többtartományú oszcilloszkópoknak, felfedve segítségükkel a különféle funkcionális egységek jelei közötti időbeli összefüggéseket.
Összefoglalás
Az idő- és frekvenciatartomány-beli mérések, valamint a logika és protokollelemzések a legújabb többtartományú oszcilloszkópok képességeinek szerves részét alkotják. A gyors műszerek akár egymillió jelszakasz befogására is képesek másodpercenként, és még nagy méretű jelmemória használata mellett is hatékonyak maradnak. Akár 16 bitig terjedő, nagy felbontású működési módjukban még a legapróbb jelrészletek is felfedhetők a segítségükkel. Számos, különféle mérési funkciójuk és a képernyőiken megjelenített, sokféle eredmény ellenére a kezelőfelületük – korszerű, érintéses kezelési elvüknek köszönhetően – megőrzi áttekinthetőségét.
