智能示波器加快測試速度
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第一輪樣機篩選工作已經(jīng)過(guò)去了,項目將進(jìn)入令人激動(dòng)的新階段,工程師開(kāi)始準備向市場(chǎng)上推出產(chǎn)品,并執行操作檢查和運行及功能測試,確定評估設備的特點(diǎn)各項指標。
在通電操作粒查運行階段,只需啟動(dòng)硬件。使用的工具可能一般非常簡(jiǎn)單,如使用伏特計萬(wàn)用表進(jìn)行連接是否良好方面的測試。但很快,示波器將成為首選的工具,因為它給設計人員打開(kāi)了一個(gè)窗口,可以顯示相關(guān)的信號,分析噪聲,進(jìn)行脈寬、電壓峰峰值Vpp、頻率等測量。一旦硬件成功地被啟動(dòng),工程師將著(zhù)手進(jìn)行認真的功能測試,確定設備被測對象在建議規定的時(shí)間以建議規定的方式運行。這里也需要大量使用示波器,以考察重要的定時(shí)時(shí)序標準,包括延遲、建立和保持時(shí)間、抖動(dòng)等關(guān)鍵指標,這些指標對被測對象的性能和可靠性往往有很大的影響。最后,進(jìn)入整個(gè)被測系統的評估階段,包括是否可批量生產(chǎn)及是否符合特定的認證標準和協(xié)議,如USB。
當前的示波器與5年前的示波器有著(zhù)巨大的差別,當前的示波器是智能示波器,在原來(lái)的基礎上增加了面向特定應用的各種測量能力,可以在測試的每個(gè)階段為設計工程師提供幫助。當前許多智能示波器都在體系結構中利用PC的處理能力,提供多種工具,簡(jiǎn)化和加快了測試與測量工作。
讓我們特別看一下當前的智能示波器之一——安捷倫科技的Infiniium是如何實(shí)現USB端口的快速測試的,USB口可存在于很多設備、集線(xiàn)器或系統上。USB為想把新打印機、數碼相機、掃描儀、揚聲器或其它外設連接到PC上的用戶(hù)提供了解決方案(這種簡(jiǎn)便、即時(shí)、無(wú)故障的方式,實(shí)際上正是USB實(shí)現者論壇的首要目標)。同時(shí),USB-IF還把研發(fā)工程師能夠簡(jiǎn)便設計USB作為目標。為滿(mǎn)足這一目標,USB-IF提供了一個(gè)定義非常好的文檔標準,并配有一套為硬件設計人員提供的與信號質(zhì)量、涌入電流和分接/衰減(drop/droop)有關(guān)的標準化測試,所有這些測量都可以通過(guò)示波器完成。
那么,當前的示波器可以怎樣幫助USB設計人員完成從通電到一致性測試的全套動(dòng)作呢?
信號捕獲
讓我們先從運行測試開(kāi)始。第一個(gè)任務(wù)是捕獲代表著(zhù)主機和設備之間通信的數據報文。上行數據報文從設備或集線(xiàn)器傳送到系統中,下行數據報文則從系統向下傳送到集線(xiàn)器或設備中。USB利用由D+、D-、Vbus和接地組成的4線(xiàn)屏蔽系統。差動(dòng)D+和D-信號承載傳輸,Vbus則承載功率,這樣設備可以從USB集線(xiàn)器或系統中獲得功率。因此,十分有必要對D十和D-信號進(jìn)行捕獲和分析。
圖1 顯示了一個(gè)報文當D＋和D－同時(shí)變低時(shí)，即意味著(zhù)該報文的結速符EOP出現。
根據USB標準規定信道1是D－， KANE汽車(chē)尾氣分析儀信道2是D＋。
如圖1所示，當前的智能示波器可以讓信號捕獲變得非常簡(jiǎn)便。先使用autoscale功能,它將自動(dòng)顯示任何活動(dòng)的信號。在示波器的處理器分析某些初期捕獲的波形信號后,將自動(dòng)設置時(shí)基(秒/格)、電壓設置(電壓/格)和觸發(fā)門(mén)限。通過(guò)這種功能,設計人員可以迅速確定數據傳輸情況(如果有數據庫傳輸的話(huà))。另一個(gè)捕獲這些信號的快速方法是使用Infiniium的USB測試選件自帶的內置設置。由于USB-IF可以有效地定義信號及觸發(fā)方式,因此可以簡(jiǎn)便地配置設置文件,把文件存儲在示波器上或使用選件提供的設置文件。就這樣,設置的調用過(guò)程得以簡(jiǎn)化,并可以根據標準來(lái)設置示波器,完周
信號捕獲。
接下來(lái),獨特的觸發(fā)功能會(huì )確保在示波器上看到期望中的傳輸信號,并進(jìn)行分析。考慮一下最簡(jiǎn)單的情況,報文(packet)從計算機下行到集線(xiàn)器。在這種情況下,觸發(fā)非常簡(jiǎn)單,因為沒(méi)有任何其它通信,簡(jiǎn)單的一個(gè)邊沿觸發(fā)就可以捕獲一個(gè)報文。另外一種情況是,在報文從設備上行到系統中,則需要設置一個(gè)唯一的觸發(fā)條件。USB標準定義了這一觸發(fā)條件:在被測器件的D十和D一都變低,連接集線(xiàn)器的另一臺相鄰設備的D+為高時(shí)觸發(fā)。這種LLH碼型將唯一地識別來(lái)自被測器件的上行報文。
圖2 顯示了觸發(fā)設置菜單其中定義了一個(gè)LLH碼型
該觸發(fā)條件是針對上行數據的。
一旦信思報文被示波器捕獲,那么實(shí)際的測量工作就開(kāi)始了。通過(guò)使用示波器,可以進(jìn)行功能測試,檢驗數據傳輸是否滿(mǎn)足USB標準。通過(guò)使用自動(dòng)測量或光標測量功能,可以迅速測量報文末尾寬度、脈寬、電壓電平。另外因為信號被以數據的形式記錄下來(lái),可以利用其他的強大數學(xué)處理能力分析這一數據。
在USB中,存在著(zhù)一套定義非常好的標準,為符合USB規范,必須進(jìn)行一系列測量。此外,USB-IF不象其它標準一樣,只是列出一長(cháng)串需要測量的項目,而是使用MathWorks的MatLab提供的運行分析腳本,自動(dòng)完成測量過(guò)程。任何USB設備、集線(xiàn)器和系統的設計人員都可以從USB網(wǎng)站上免費下載這些腳本,以與MatLab一起使用,其網(wǎng)址為:
www.usb.org。
過(guò)去,為了利用標準測試腳本,必需把波形數據從示波器傳送到PC上,以使用MatLab的USB腳本進(jìn)行分析。一般是通過(guò)GPIB或通過(guò)軟盤(pán)把數據傳送到PC上。之后,必須正確地修剪數據,因為實(shí)際上只是分析一部分波形記錄。標準規定只應使用在記錄開(kāi)始前的一比特數據時(shí)間及記錄結束后一比特時(shí)間的數據。在某些情況下,將使用Excel在PC中一次性地修剪數據,在其它情況下,則將使用數據采集程序。數據記錄必須同時(shí)包含兩條信道的時(shí)間和電壓值,以存儲在用tab分隔的變量文件中(.tsv)。在正確修剪和格式化數據時(shí),應在PC上啟動(dòng)MathWorks MatLab,將這些數據調入到從USB網(wǎng)站(www.usb.org)下載的USB腳本中運行。MatLab腳本會(huì )生成一個(gè).html文件,顯示各種信號質(zhì)量或涌入電流或分接/衰減測試,指出整體上是否通過(guò)測試,及提供每一項的測試結果和說(shuō)明。沒(méi)有智能示波器,即使有這種自動(dòng)測試腳本,這也會(huì )是一個(gè)非常繁瑣費時(shí)的工作,許多工程師可能能不測就不測了。
現在,在帶有USB測試選件的Infiniium中,它利用內置PC,在示波器中嵌入了Matt1WoIks MatLab和USB腳本。在示波器上完成數據報文捕獲和測試分析整個(gè)過(guò)程,而不需把數據傳輸到PC上,就可以完成整個(gè)USB預先一致性測試。
圖3 說(shuō)明了使用簡(jiǎn)單的菜單在智能示波器
如安捷倫的Infiniium上啟動(dòng)USB信號完整性測試。
例如,讓我們看一下在執行信號質(zhì)量測試,全速測試設備時(shí)的情況。首先,要用光標標出要分析的數據報文。左邊的標尺放在數據開(kāi)始左邊的一個(gè)比特時(shí)間上,右邊的標尺放在報文末尾右邊至少一個(gè)比特時(shí)間上(參見(jiàn)圖1)。然后通過(guò)在顯示屏頂部的工具條中,點(diǎn)擊Analyze(分析),啟動(dòng)USB測試,選擇USB測試。為完成測試,簡(jiǎn)單地選擇相關(guān)的測試(在本例中為信號質(zhì)量),指明結果應存儲的文件名,開(kāi)始測試(參見(jiàn)圖3)。它不再需要把數據傳輸到PC上,也不需要修剪和格式化數據及啟動(dòng)MatLab。所有這些都使用智能示波器的USB測試選件完成,USB測試選件把運行時(shí)MatLab嵌入到示波器中,從而可以象自動(dòng)測量一樣簡(jiǎn)便地完成USB預先一致性測試。
圖4 整個(gè)USB-IF腳本在示波器的MatLab上運行
作為一個(gè).html文件提供了合格/不合格結果及眼圖結果。
這只是示波器把測量提高到新的高度的實(shí)例之一。設計工程師不再需要把數據傳輸到PC上進(jìn)行分析。由于新型數字智能示波器的體系結構,這類(lèi)測量應用現在已經(jīng)成為現實(shí)。通過(guò)利用示波器中處理器的處理能力,智能示波器簡(jiǎn)化了調試階段繁瑣耗時(shí)的測量操作。
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