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智能示波器加快測試速度
2014-12-18
第一輪樣機篩選工作已經(jīng)過去了,項目將進入令人激動的新階段,工程師開始準(zhǔn)備向市場上推出產(chǎn)品,并執(zhí)行操作檢查和運行及功能測試,確定評估設(shè)備的特點各項指標(biāo)。
在通電操作粒查運行階段,只需啟動硬件。使用的工具可能一般非常簡單,如使用伏特計萬用表進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(shè)計人員打開了一個窗口,可以顯示相關(guān)的信號,分析噪聲,進行脈寬、電壓峰峰值Vpp、頻率等測量。一旦硬件成功地被啟動,工程師將著手進行認(rèn)真的功能測試,確定設(shè)備被測對象在建議規(guī)定的時間以建議規(guī)定的方式運行。這里也需要大量使用示波器,以考察重要的定時時序標(biāo)準(zhǔn),包括延遲、建立和保持時間、抖動等關(guān)鍵指標(biāo),這些指標(biāo)對被測對象的性能和可靠性往往有很大的影響。最后,進入整個被測系統(tǒng)的評估階段,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,在原來的基礎(chǔ)上增加了面向特定應(yīng)用的各種測量能力,可以在測試的每個階段為設(shè)計工程師提供幫助。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,簡化和加快了測試與測量工作。
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是如何實現(xiàn)USB端口的快速測試的,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、數(shù)碼相機、掃描儀、揚聲器或其它外設(shè)連接到PC上的用戶提供了解決方案(這種簡便、即時、無故障的方式,實際上正是USB實現(xiàn)者論壇的首要目標(biāo))。同時,USB-IF還把研發(fā)工程師能夠簡便設(shè)計USB作為目標(biāo)。為滿足這一目標(biāo),USB-IF提供了一個定義非常好的文檔標(biāo)準(zhǔn),并配有一套為硬件設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化測試,所有這些測量都可以通過示波器完成。
那么,當(dāng)前的示波器可以怎樣幫助USB設(shè)計人員完成從通電到一致性測試的全套動作呢?
信號捕獲
讓我們先從運行測試開始。第一個任務(wù)是捕獲代表著主機和設(shè)備之間通信的數(shù)據(jù)報文。上行數(shù)據(jù)報文從設(shè)備或集線器傳送到系統(tǒng)中,下行數(shù)據(jù)報文則從系統(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D+和D-信號承載傳輸,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D十和D-信號進行捕獲和分析。
圖1 顯示了一個報文，當(dāng)D＋和D－同時變低時即意味著該報文的結(jié)速符EOP出現(xiàn)。
根據(jù)USB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，便攜式硬度計信道1是D－，信道2是D＋。
如圖1所示當(dāng)前的智能示波器可以讓信號捕獲變得非常簡便。先使用autoscale功能,它將自動顯示任何活動的信號。在示波器的處理器分析某些初期捕獲的波形信號后,將自動設(shè)置時基(秒/格)、電壓設(shè)置(電壓/格)和觸發(fā)門限。通過這種功能,設(shè)計人員可以迅速確定數(shù)據(jù)傳輸情況(如果有數(shù)據(jù)庫傳輸?shù)脑?。另一個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(nèi)置設(shè)置。由于USB-IF可以有效地定義信號及觸發(fā)方式,因此可以簡便地配置設(shè)置文件,把文件存儲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)用過程得以簡化,并可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置示波器,完周
信號捕獲。
接下來,獨特的觸發(fā)功能會確保在示波器上看到期望中的傳輸信號,并進行分析。考慮一下最簡單的情況,報文(packet)從計算機下行到集線器。在這種情況下,觸發(fā)非常簡單,因為沒有任何其它通信,簡單的一個邊沿觸發(fā)就可以捕獲一個報文。另外一種情況是,在報文從設(shè)備上行到系統(tǒng)中,則需要設(shè)置一個唯一的觸發(fā)條件。USB標(biāo)準(zhǔn)定義了這一觸發(fā)條件:在被測器件的D十和D一都變低,連接集線器的另一臺相鄰設(shè)備的D+為高時觸發(fā)。這種LLH碼型將唯一地識別來自被測器件的上行報文。
圖2 顯示了觸發(fā)設(shè)置菜單其中定義了一個LLH碼型
該觸發(fā)條件是針對上行數(shù)據(jù)的。
一旦信思報文被示波器捕獲,那么實際的測量工作就開始了。通過使用示波器,可以進行功能測試,檢驗數(shù)據(jù)傳輸是否滿足USB標(biāo)準(zhǔn)。通過使用自動測量或光標(biāo)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(shù)據(jù)的形式記錄下來,可以利用其他的強大數(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,必須進行一系列測量。此外,USB-IF不象其它標(biāo)準(zhǔn)一樣,只是列出一長串需要測量的項目,而是使用MathWorks的MatLab提供的運行分析腳本,自動完成測量過程。任何USB設(shè)備、集線器和系統(tǒng)的設(shè)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。
過去,為了利用標(biāo)準(zhǔn)測試腳本,必需把波形數(shù)據(jù)從示波器傳送到PC上,以使用MatLab的USB腳本進行分析。一般是通過GPIB或通過軟盤把數(shù)據(jù)傳送到PC上。之后,必須正確地修剪數(shù)據(jù),因為實際上只是分析一部分波形記錄。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只應(yīng)使用在記錄開始前的一比特數(shù)據(jù)時間及記錄結(jié)束后一比特時間的數(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)記錄必須同時包含兩條信道的時間和電壓值,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(shù)據(jù)時,應(yīng)在PC上啟動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腳本中運行。MatLab腳本會生成一個.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測試,及提供每一項的測試結(jié)果和說明。沒有智能示波器,即使有這種自動測試腳本,這也會是一個非常繁瑣費時的工作,許多工程師可能能不測就不測了。
現(xiàn)在,在帶有USB測試選件的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)報文捕獲和測試分析整個過程,而不需把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上,就可以完成整個USB預(yù)先一致性測試。
圖3 說明了使用簡單的菜單在智能示波器
如安捷倫的Infiniium上啟動USB信號完整性測試。
例如,讓我們看一下在執(zhí)行信號質(zhì)量測試,全速測試設(shè)備時的情況。首先,要用光標(biāo)標(biāo)出要分析的數(shù)據(jù)報文。左邊的標(biāo)尺放在數(shù)據(jù)開始左邊的一個比特時間上,右邊的標(biāo)尺放在報文末尾右邊至少一個比特時間上(參見圖1)。然后通過在顯示屏頂部的工具條中,點擊Analyze(分析),啟動USB測試,選擇USB測試。為完成測試,簡單地選擇相關(guān)的測試(在本例中為信號質(zhì)量),指明結(jié)果應(yīng)存儲的文件名,開始測試(參見圖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MatLab嵌入到示波器中,從而可以象自動測量一樣簡便地完成USB預(yù)先一致性測試。
圖4 整個USB-IF腳本在示波器的MatLab上運行
作為一個.html文件提供了合格/不合格結(jié)果及眼圖結(jié)果。
這只是示波器把測量提高到新的高度的實例之一。設(shè)計工程師不再需要把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上進行分析。由于新型數(shù)字智能示波器的體系結(jié)構(gòu),這類測量應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實。通過利用示波器中處理器的處理能力,智能示波器簡化了調(diào)試階段繁瑣耗時的測量操作。
在通電操作粒查運行階段,只需啟動硬件。使用的工具可能一般非常簡單,如使用伏特計萬用表進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(shè)計人員打開了一個窗口,可以顯示相關(guān)的信號,分析噪聲,進行脈寬、電壓峰峰值Vpp、頻率等測量。一旦硬件成功地被啟動,工程師將著手進行認(rèn)真的功能測試,確定設(shè)備被測對象在建議規(guī)定的時間以建議規(guī)定的方式運行。這里也需要大量使用示波器,以考察重要的定時時序標(biāo)準(zhǔn),包括延遲、建立和保持時間、抖動等關(guān)鍵指標(biāo),這些指標(biāo)對被測對象的性能和可靠性往往有很大的影響。最后,進入整個被測系統(tǒng)的評估階段,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,在原來的基礎(chǔ)上增加了面向特定應(yīng)用的各種測量能力,可以在測試的每個階段為設(shè)計工程師提供幫助。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,簡化和加快了測試與測量工作。
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是如何實現(xiàn)USB端口的快速測試的,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、數(shù)碼相機、掃描儀、揚聲器或其它外設(shè)連接到PC上的用戶提供了解決方案(這種簡便、即時、無故障的方式,實際上正是USB實現(xiàn)者論壇的首要目標(biāo))。同時,USB-IF還把研發(fā)工程師能夠簡便設(shè)計USB作為目標(biāo)。為滿足這一目標(biāo),USB-IF提供了一個定義非常好的文檔標(biāo)準(zhǔn),并配有一套為硬件設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化測試,所有這些測量都可以通過示波器完成。
那么,當(dāng)前的示波器可以怎樣幫助USB設(shè)計人員完成從通電到一致性測試的全套動作呢?
信號捕獲
讓我們先從運行測試開始。第一個任務(wù)是捕獲代表著主機和設(shè)備之間通信的數(shù)據(jù)報文。上行數(shù)據(jù)報文從設(shè)備或集線器傳送到系統(tǒng)中,下行數(shù)據(jù)報文則從系統(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D+和D-信號承載傳輸,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D十和D-信號進行捕獲和分析。
圖1 顯示了一個報文，當(dāng)D＋和D－同時變低時即意味著該報文的結(jié)速符EOP出現(xiàn)。
根據(jù)USB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，便攜式硬度計信道1是D－，信道2是D＋。
如圖1所示當(dāng)前的智能示波器可以讓信號捕獲變得非常簡便。先使用autoscale功能,它將自動顯示任何活動的信號。在示波器的處理器分析某些初期捕獲的波形信號后,將自動設(shè)置時基(秒/格)、電壓設(shè)置(電壓/格)和觸發(fā)門限。通過這種功能,設(shè)計人員可以迅速確定數(shù)據(jù)傳輸情況(如果有數(shù)據(jù)庫傳輸?shù)脑?。另一個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(nèi)置設(shè)置。由于USB-IF可以有效地定義信號及觸發(fā)方式,因此可以簡便地配置設(shè)置文件,把文件存儲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)用過程得以簡化,并可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置示波器,完周
信號捕獲。
接下來,獨特的觸發(fā)功能會確保在示波器上看到期望中的傳輸信號,并進行分析。考慮一下最簡單的情況,報文(packet)從計算機下行到集線器。在這種情況下,觸發(fā)非常簡單,因為沒有任何其它通信,簡單的一個邊沿觸發(fā)就可以捕獲一個報文。另外一種情況是,在報文從設(shè)備上行到系統(tǒng)中,則需要設(shè)置一個唯一的觸發(fā)條件。USB標(biāo)準(zhǔn)定義了這一觸發(fā)條件:在被測器件的D十和D一都變低,連接集線器的另一臺相鄰設(shè)備的D+為高時觸發(fā)。這種LLH碼型將唯一地識別來自被測器件的上行報文。
圖2 顯示了觸發(fā)設(shè)置菜單其中定義了一個LLH碼型
該觸發(fā)條件是針對上行數(shù)據(jù)的。
一旦信思報文被示波器捕獲,那么實際的測量工作就開始了。通過使用示波器,可以進行功能測試,檢驗數(shù)據(jù)傳輸是否滿足USB標(biāo)準(zhǔn)。通過使用自動測量或光標(biāo)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(shù)據(jù)的形式記錄下來,可以利用其他的強大數(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,必須進行一系列測量。此外,USB-IF不象其它標(biāo)準(zhǔn)一樣,只是列出一長串需要測量的項目,而是使用MathWorks的MatLab提供的運行分析腳本,自動完成測量過程。任何USB設(shè)備、集線器和系統(tǒng)的設(shè)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。
過去,為了利用標(biāo)準(zhǔn)測試腳本,必需把波形數(shù)據(jù)從示波器傳送到PC上,以使用MatLab的USB腳本進行分析。一般是通過GPIB或通過軟盤把數(shù)據(jù)傳送到PC上。之后,必須正確地修剪數(shù)據(jù),因為實際上只是分析一部分波形記錄。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只應(yīng)使用在記錄開始前的一比特數(shù)據(jù)時間及記錄結(jié)束后一比特時間的數(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)記錄必須同時包含兩條信道的時間和電壓值,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(shù)據(jù)時,應(yīng)在PC上啟動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腳本中運行。MatLab腳本會生成一個.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測試,及提供每一項的測試結(jié)果和說明。沒有智能示波器,即使有這種自動測試腳本,這也會是一個非常繁瑣費時的工作,許多工程師可能能不測就不測了。
現(xiàn)在,在帶有USB測試選件的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)報文捕獲和測試分析整個過程,而不需把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上,就可以完成整個USB預(yù)先一致性測試。
圖3 說明了使用簡單的菜單在智能示波器
如安捷倫的Infiniium上啟動USB信號完整性測試。
例如,讓我們看一下在執(zhí)行信號質(zhì)量測試,全速測試設(shè)備時的情況。首先,要用光標(biāo)標(biāo)出要分析的數(shù)據(jù)報文。左邊的標(biāo)尺放在數(shù)據(jù)開始左邊的一個比特時間上,右邊的標(biāo)尺放在報文末尾右邊至少一個比特時間上(參見圖1)。然后通過在顯示屏頂部的工具條中,點擊Analyze(分析),啟動USB測試,選擇USB測試。為完成測試,簡單地選擇相關(guān)的測試(在本例中為信號質(zhì)量),指明結(jié)果應(yīng)存儲的文件名,開始測試(參見圖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MatLab嵌入到示波器中,從而可以象自動測量一樣簡便地完成USB預(yù)先一致性測試。
圖4 整個USB-IF腳本在示波器的MatLab上運行
作為一個.html文件提供了合格/不合格結(jié)果及眼圖結(jié)果。
這只是示波器把測量提高到新的高度的實例之一。設(shè)計工程師不再需要把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上進行分析。由于新型數(shù)字智能示波器的體系結(jié)構(gòu),這類測量應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實。通過利用示波器中處理器的處理能力,智能示波器簡化了調(diào)試階段繁瑣耗時的測量操作。
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