智能示波器加快測(cè)試速度
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第一輪樣機(jī)篩選工作已經(jīng)過(guò)去了,項(xiàng)目將進(jìn)入令人激動(dòng)的新階段,工程師開(kāi)始準(zhǔn)備向市場(chǎng)上推出產(chǎn)品,并執(zhí)行操作檢查和運(yùn)行及功能測(cè)試,確定評(píng)估設(shè)備的特點(diǎn)各項(xiàng)指標(biāo)。
在通電操作粒查運(yùn)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(jì)萬(wàn)用表進(jìn)行連接是否良好方面的測(cè)試。但很快,示波器將成為首選的工具,因?yàn)樗o設(shè)計(jì)人員打開(kāi)了一個(gè)窗口,可以顯示相關(guān)的信號(hào),分析噪聲,進(jìn)行脈寬、電壓峰峰值Vpp、頻率等測(cè)量。一旦硬件成功地被啟動(dòng),工程師將著手進(jìn)行認(rèn)真的功能測(cè)試,確定設(shè)備被測(cè)對(duì)象在建議規(guī)定的時(shí)間以建議規(guī)定的方式運(yùn)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(biāo)準(zhǔn),包括延遲、建立和保持時(shí)間、抖動(dòng)等關(guān)鍵指標(biāo),這些指標(biāo)對(duì)被測(cè)對(duì)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(cè)系統(tǒng)的評(píng)估階段,包括是否可批量生產(chǎn)及是否符合特定的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,如USB。
當(dāng)前的示波器與5年前的示波器有著巨大的差別,當(dāng)前的示波器是智能示波器,在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了面向特定應(yīng)用的各種測(cè)量能力,可以在測(cè)試的每個(gè)階段為設(shè)計(jì)工程師提供幫助。當(dāng)前許多智能示波器都在體系結(jié)構(gòu)中利用PC的處理能力,提供多種工具,簡(jiǎn)化和加快了測(cè)試與測(cè)量工作。
讓我們特別看一下當(dāng)前的智能示波器之一——安捷倫科技的Infiniium是如何實(shí)現(xiàn)USB端口的快速測(cè)試的,USB口可存在于很多設(shè)備、集線器或系統(tǒng)上。USB為想把新打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、揚(yáng)聲器或其它外設(shè)連接到PC上的用戶提供了解決方案(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(xiàn)者論壇的首要目標(biāo))。同時(shí),USB-IF還把研發(fā)工程師能夠簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)USB作為目標(biāo)。為滿足這一目標(biāo),USB-IF提供了一個(gè)定義非常好的文檔標(biāo)準(zhǔn),并配有一套為硬件設(shè)計(jì)人員提供的與信號(hào)質(zhì)量、涌入電流和分接/衰減(drop/droop)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試,所有這些測(cè)量都可以通過(guò)示波器完成。
那么,當(dāng)前的示波器可以怎樣幫助USB設(shè)計(jì)人員完成從通電到一致性測(cè)試的全套動(dòng)作呢?
信號(hào)捕獲
讓我們先從運(yùn)行測(cè)試開(kāi)始。第一個(gè)任務(wù)是捕獲代表著主機(jī)和設(shè)備之間通信的數(shù)據(jù)報(bào)文。上行數(shù)據(jù)報(bào)文從設(shè)備或集線器傳送到系統(tǒng)中,下行數(shù)據(jù)報(bào)文則從系統(tǒng)向下傳送到集線器或設(shè)備中。USB利用由D+、D-、Vbus和接地組成的4線屏蔽系統(tǒng)。差動(dòng)D+和D-信號(hào)承載傳輸,Vbus則承載功率,這樣設(shè)備可以從USB集線器或系統(tǒng)中獲得功率。因此,十分有必要對(duì)D十和D-信號(hào)進(jìn)行捕獲和分析。
圖1 顯示了一個(gè)報(bào)文當(dāng)D＋和D－同時(shí)變低時(shí)，即意味著該報(bào)文的結(jié)速符EOP出現(xiàn)。
根據(jù)USB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(dāng)前的智能示波器可以讓信號(hào)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(hào)。在示波器的處理器分析某些初期捕獲的波形信號(hào)后,將自動(dòng)設(shè)置時(shí)基(秒/格)、電壓設(shè)置(電壓/格)和觸發(fā)門(mén)限。通過(guò)這種功能,設(shè)計(jì)人員可以迅速確定數(shù)據(jù)傳輸情況(如果有數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸?shù)脑?。另一個(gè)捕獲這些信號(hào)的快速方法是使用Infiniium的USB測(cè)試選件自帶的內(nèi)置設(shè)置。由于USB-IF可以有效地定義信號(hào)及觸發(fā)方式,因此可以簡(jiǎn)便地配置設(shè)置文件,把文件存儲(chǔ)在示波器上或使用選件提供的設(shè)置文件。就這樣,設(shè)置的調(diào)用過(guò)程得以簡(jiǎn)化,并可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)置示波器,完周
信號(hào)捕獲。
接下來(lái),獨(dú)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(hào),并進(jìn)行分析�？紤]一下最簡(jiǎn)單的情況,報(bào)文(packet)從計(jì)算機(jī)下行到集線器。在這種情況下,觸發(fā)非常簡(jiǎn)單,因?yàn)闆](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(bào)文。另外一種情況是,在報(bào)文從設(shè)備上行到系統(tǒng)中,則需要設(shè)置一個(gè)唯一的觸發(fā)條件。USB標(biāo)準(zhǔn)定義了這一觸發(fā)條件:在被測(cè)器件的D十和D一都變低,連接集線器的另一臺(tái)相鄰設(shè)備的D+為高時(shí)觸發(fā)。這種LLH碼型將唯一地識(shí)別來(lái)自被測(cè)器件的上行報(bào)文。
圖2 顯示了觸發(fā)設(shè)置菜單其中定義了一個(gè)LLH碼型
該觸發(fā)條件是針對(duì)上行數(shù)據(jù)的。
一旦信思報(bào)文被示波器捕獲,那么實(shí)際的測(cè)量工作就開(kāi)始了。通過(guò)使用示波器,可以進(jìn)行功能測(cè)試,檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否滿足USB標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)使用自動(dòng)測(cè)量或光標(biāo)測(cè)量功能,可以迅速測(cè)量報(bào)文末尾寬度、脈寬、電壓電平。另外因?yàn)樾盘?hào)被以數(shù)據(jù)的形式記錄下來(lái),可以利用其他的強(qiáng)大數(shù)學(xué)處理能力分析這一數(shù)據(jù)。
在USB中,存在著一套定義非常好的標(biāo)準(zhǔn),為符合USB規(guī)范,必須進(jìn)行一系列測(cè)量。此外,USB-IF不象其它標(biāo)準(zhǔn)一樣,只是列出一長(zhǎng)串需要測(cè)量的項(xiàng)目,而是使用MathWorks的MatLab提供的運(yùn)行分析腳本,自動(dòng)完成測(cè)量過(guò)程。任何USB設(shè)備、集線器和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員都可以從USB網(wǎng)站上免費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)試腳本,必需把波形數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送到PC上。之后,必須正確地修剪數(shù)據(jù),因?yàn)閷?shí)際上只是分析一部分波形記錄。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只應(yīng)使用在記錄開(kāi)始前的一比特?cái)?shù)據(jù)時(shí)間及記錄結(jié)束后一比特時(shí)間的數(shù)據(jù)。在某些情況下,將使用Excel在PC中一次性地修剪數(shù)據(jù),在其它情況下,則將使用數(shù)據(jù)采集程序。數(shù)據(jù)記錄必須同時(shí)包含兩條信道的時(shí)間和電壓值,以存儲(chǔ)在用tab分隔的變量文件中(.tsv)。在正確修剪和格式化數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)在PC上啟動(dòng)MathWorks MatLab,將這些數(shù)據(jù)調(diào)入到從USB網(wǎng)站(www.usb.org)下載的USB腳本中運(yùn)行。MatLab腳本會(huì)生成一個(gè).html文件,顯示各種信號(hào)質(zhì)量或涌入電流或分接/衰減測(cè)試,指出整體上是否通過(guò)測(cè)試,及提供每一項(xiàng)的測(cè)試結(jié)果和說(shuō)明。沒(méi)有智能示波器,即使有這種自動(dòng)測(cè)試腳本,這也會(huì)是一個(gè)非常繁瑣費(fèi)時(shí)的工作,許多工程師可能能不測(cè)就不測(cè)了。
現(xiàn)在,在帶有USB測(cè)試選件的Infiniium中,它利用內(nèi)置PC,在示波器中嵌入了Matt1WoIks MatLab和USB腳本。在示波器上完成數(shù)據(jù)報(bào)文捕獲和測(cè)試分析整個(gè)過(guò)程,而不需把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上,就可以完成整個(gè)USB預(yù)先一致性測(cè)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(hào)完整性測(cè)試。
例如,讓我們看一下在執(zhí)行信號(hào)質(zhì)量測(cè)試,全速測(cè)試設(shè)備時(shí)的情況。首先,要用光標(biāo)標(biāo)出要分析的數(shù)據(jù)報(bào)文。左邊的標(biāo)尺放在數(shù)據(jù)開(kāi)始左邊的一個(gè)比特時(shí)間上,右邊的標(biāo)尺放在報(bào)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(cè)試,選擇USB測(cè)試。為完成測(cè)試,簡(jiǎn)單地選擇相關(guān)的測(cè)試(在本例中為信號(hào)質(zhì)量),指明結(jié)果應(yīng)存儲(chǔ)的文件名,開(kāi)始測(cè)試(參見(jiàn)圖3)。它不再需要把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上,也不需要修剪和格式化數(shù)據(jù)及啟動(dòng)MatLab。所有這些都使用智能示波器的USB測(cè)試選件完成,USB測(cè)試選件把運(yùn)行時(shí)MatLab嵌入到示波器中,從而可以象自動(dòng)測(cè)量一樣簡(jiǎn)便地完成USB預(yù)先一致性測(cè)試。
圖4 整個(gè)USB-IF腳本在示波器的MatLab上運(yùn)行
作為一個(gè).html文件提供了合格/不合格結(jié)果及眼圖結(jié)果。
這只是示波器把測(cè)量提高到新的高度的實(shí)例之一。設(shè)計(jì)工程師不再需要把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上進(jìn)行分析。由于新型數(shù)字智能示波器的體系結(jié)構(gòu),這類(lèi)測(cè)量應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)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(diào)試階段繁瑣耗時(shí)的測(cè)量操作。
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