智能示波器加快測試速度

分類：技術教程日期：2009-06-08 11:30:53 來源：

　　第一輪樣機篩選工作已經過去了,項目將進入令人激動的新階段,工程師開始準備向市場上推出產品,并執行操作檢查和運行及功能測試,確定評估設備的特點各項指標。

　　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,因為它給設計人員打開了一個窗口,可以顯示相關的信號,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真的功能測試,確定設備被測對象在建議規定的時間以建議規定的方式運行。這里也需要大量使用示波器,以考察重要的定時時序標準,包括延遲、建立和保持時間、抖動等關鍵指標,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,進入整個被測系統的評估階段,包括是否可批量生產及是否符合特定的認證標準和協議,如USB。

　　當前的示波器與5年前的示波器有著巨大的差別,當前的示波器是智能示波器,在原來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是如何實現USB端口的快速測試的,USB口可存在于很多設備、集線器或系統上。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實現者論壇的首要目標)。同時,USB-IF還把研發工程師能夠簡便設計USB作為目標。為滿足這一目標,USB-IF提供了一個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量、涌入電流和分接/衰減(drop/droop)有關的標準化測試,所有這些測量都可以通過示波器完成。

　　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作呢?

信號捕獲

　　讓我們先從運行測試開始。第一個任務是捕獲代表著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器傳送到系統中,下行數據報文則從系統向下傳送到集線器或設備中。USB利用由D+、D-、Vbus和接地組成的4線屏蔽系統。差動D+和D-信號承載傳輸,Vbus則承載功率,這樣設備可以從USB集線器或系統中獲得功率。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D＋和D－同時變低時，即意味著該報文的結速符EOP出現。
根據USB標準規定，信道1是D－，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,將自動設置時基(秒/格)、電壓設置(電壓/格)和觸發門限。通過這種功能,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)。另一個捕獲這些信號的快速方法是使用Infiniium的USB測試選件自帶的內置設置。由于USB-IF可以有效地定義信號及觸發方式,因此可以簡便地配置設置文件,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,設置的調用過程得以簡化,并可以根據標準來設置示波器,完周
信號捕獲。

　　接下來,獨特的觸發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,觸發非常簡單,因為沒有任何其它通信,簡單的一個邊沿觸發就可以捕獲一個報文。另外一種情況是,在報文從設備上行到系統中,則需要設置一個唯一的觸發條件。USB標準定義了這一觸發條件: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備的D+為高時觸發。這種LLH碼型將唯一地識別來自被測器件的上行報文。

圖2 顯示了觸發設置菜單，其中定義了一個LLH碼型，
該觸發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,檢驗數據傳輸是否滿足USB標準。通過使用自動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,可以利用其他的強大數學處理能力分析這一數據。

　　在USB中,存在著一套定義非常好的標準,為符合USB規范,必須進行一系列測量。此外,USB-IF不象其它標準一樣,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設備、集線器和系統的設計人員都可以從USB網站上免費下載這些腳本,以與MatLab一起使用,其網址為:
www.usb.org。

　　過去,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腳本進行分析。一般是通過GPIB或通過軟盤把數據傳送到PC上。之后,必須正確地修剪數據,因為實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始前的一比特數據時間及記錄結束后一比特時間的數據。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據時,應在PC上啟動MathWorks MatLab,將這些數據調入到從USB網站(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過程,而不需把數據傳輸到PC上,就可以完成整個USB預先一致性測試。

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,讓我們看一下在執行信號質量測試,全速測試設備時的情況。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始左邊的一個比特時間上,右邊的標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,簡單地選擇相關的測試(在本例中為信號質量),指明結果應存儲的文件名,開始測試(參見圖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預先一致性測試。