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智能示波器加快测试速度
2014-12-18
第一轮样机筛选工作已经过去了,项目将进入令人激动的新阶段,工程师开始准备向市场上推出产品,并执行操作检查和运行及功能测试,确定评估设备的特点各项指标。
在通电操作粒查运行阶段,只需启动硬件。使用的工具可能一般非常简单,如使用伏特计万用表进行连接是否良好方面的测试。但很快,示波器将成为首选的工具,因为它给设计人员打开了一个窗口,可以显示相关的信号,分析噪声,进行脉宽、电压峰峰值Vpp、频率等测量。一旦硬件成功地被启动,工程师将着手进行认真的功能测试,确定设备被测对象在建议规定的时间以建议规定的方式运行。这里也需要大量使用示波器,以考察重要的定时时序标准,包括延迟、建立和保持时间、抖动等关键指标,这些指标对被测对象的性能和可靠性往往有很大的影响。最后,进入整个被测系统的评估阶段,包括是否可批量生产及是否符合特定的认证标准和协议,如USB。
当前的示波器与5年前的示波器有着巨大的差别,当前的示波器是智能示波器,在原来的基础上增加了面向特定应用的各种测量能力,可以在测试的每个阶段为设计工程师提供帮助。当前许多智能示波器都在体系结构中利用PC的处理能力,提供多种工具,简化和加快了测试与测量工作。
让我们特别看一下当前的智能示波器之一——安捷伦科技的Infiniium是如何实现USB端口的快速测试的,USB口可存在于很多设备、集线器或系统上。USB为想把新打印机、数码相机、扫描仪、扬声器或其它外设连接到PC上的用户提供了解决方案(这种简便、即时、无故障的方式,实际上正是USB实现者论坛的首要目标)。同时,USB-IF还把研发工程师能够简便设计USB作为目标。为满足这一目标,USB-IF提供了一个定义非常好的文档标准,并配有一套为硬件设计人员提供的与信号质量、涌入电流和分接/衰减(drop/droop)有关的标准化测试,所有这些测量都可以通过示波器完成。
那么,当前的示波器可以怎样帮助USB设计人员完成从通电到一致性测试的全套动作呢?
信号捕获
让我们先从运行测试开始。第一个任务是捕获代表着主机和设备之间通信的数据报文。上行数据报文从设备或集线器传送到系统中,下行数据报文则从系统向下传送到集线器或设备中。USB利用由D+、D-、Vbus和接地组成的4线屏蔽系统。差动D+和D-信号承载传输,Vbus则承载功率,这样设备可以从USB集线器或系统中获得功率。因此,十分有必要对D十和D-信号进行捕获和分析。
如图1所示当前的智能示波器可以让信号捕获变得非常简便。先使用autoscale功能,它将自动显示任何活动的信号。在示波器的处理器分析某些初期捕获的波形信号后,将自动设置时基(秒/格)、电压设置(电压/格)和触发门限。通过这种功能,设计人员可以迅速确定数据传输情况(如果有数据库传输的话)。另一个捕获这些信号的快速方法是使用Infiniium的USB测试选件自带的内置设置。由于USB-IF可以有效地定义信号及触发方式,因此可以简便地配置设置文件,把文件存储在示波器上或使用选件提供的设置文件。就这样,设置的调用过程得以简化,并可以根据标准来设置示波器,完周
信号捕获。
接下来,独特的触发功能会确保在示波器上看到期望中的传输信号,并进行分析。考虑一下最简单的情况,报文(packet)从计算机下行到集线器。在这种情况下,触发非常简单,因为没有任何其它通信,简单的一个边沿触发就可以捕获一个报文。另外一种情况是,在报文从设备上行到系统中,则需要设置一个唯一的触发条件。USB标准定义了这一触发条件:在被测器件的D十和D一都变低,连接集线器的另一台相邻设备的D+为高时触发。这种LLH码型将唯一地识别来自被测器件的上行报文。
图2 显示了触发设置菜单其中定义了一个LLH码型
该触发条件是针对上行数据的。
一旦信思报文被示波器捕获,那么实际的测量工作就开始了。通过使用示波器,可以进行功能测试,检验数据传输是否满足USB标准。通过使用自动测量或光标测量功能,可以迅速测量报文末尾宽度、脉宽、电压电平。另外因为信号被以数据的形式记录下来,可以利用其他的强大数学处理能力分析这一数据。
在USB中,存在着一套定义非常好的标准,为符合USB规范,必须进行一系列测量。此外,USB-IF不象其它标准一样,只是列出一长串需要测量的项目,而是使用MathWorks的MatLab提供的运行分析脚本,自动完成测量过程。任何USB设备、集线器和系统的设计人员都可以从USB网站上免费下载这些脚本,以与MatLab一起使用,其网址为:
www.usb.org。
过去,为了利用标准测试脚本,必需把波形数据从示波器传送到PC上,以使用MatLab的USB脚本进行分析。一般是通过GPIB或通过软盘把数据传送到PC上。之后,必须正确地修剪数据,因为实际上只是分析一部分波形记录。标准规定只应使用在记录开始前的一比特数据时间及记录结束后一比特时间的数据。在某些情况下,将使用Excel在PC中一次性地修剪数据,在其它情况下,则将使用数据采集程序。数据记录必须同时包含两条信道的时间和电压值,以存储在用tab分隔的变量文件中(.tsv)。在正确修剪和格式化数据时,应在PC上启动MathWorks MatLab,将这些数据调入到从USB网站(www.usb.org)下载的USB脚本中运行。MatLab脚本会生成一个.html文件,显示各种信号质量或涌入电流或分接/衰减测试,指出整体上是否通过测试,及提供每一项的测试结果和说明。没有智能示波器,即使有这种自动测试脚本,这也会是一个非常繁琐费时的工作,许多工程师可能能不测就不测了。
现在,在带有USB测试选件的Infiniium中,它利用内置PC,在示波器中嵌入了Matt1WoIks MatLab和USB脚本。在示波器上完成数据报文捕获和测试分析整个过程,而不需把数据传输到PC上,就可以完成整个USB预先一致性测试。
图3 说明了使用简单的菜单在智能示波器
如安捷伦的Infiniium上启动USB信号完整性测试。
例如,让我们看一下在执行信号质量测试,全速测试设备时的情况。首先,要用光标标出要分析的数据报文。左边的标尺放在数据开始左边的一个比特时间上,右边的标尺放在报文末尾右边至少一个比特时间上(参见图1)。然后通过在显示屏顶部的工具条中,点击Analyze(分析),启动USB测试,选择USB测试。为完成测试,简单地选择相关的测试(在本例中为信号质量),指明结果应存储的文件名,开始测试(参见图3)。它不再需要把数据传输到PC上,也不需要修剪和格式化数据及启动MatLab。所有这些都使用智能示波器的USB测试选件完成,USB测试选件把运行时MatLab嵌入到示波器中,从而可以象自动测量一样简便地完成USB预先一致性测试。
图4 整个USB-IF脚本在示波器的MatLab上运行
作为一个.html文件提供了合格/不合格结果及眼图结果。
这只是示波器把测量提高到新的高度的实例之一。设计工程师不再需要把数据传输到PC上进行分析。由于新型数字智能示波器的体系结构,这类测量应用现在已经成为现实。通过利用示波器中处理器的处理能力,智能示波器简化了调试阶段繁琐耗时的测量操作。
在通电操作粒查运行阶段,只需启动硬件。使用的工具可能一般非常简单,如使用伏特计万用表进行连接是否良好方面的测试。但很快,示波器将成为首选的工具,因为它给设计人员打开了一个窗口,可以显示相关的信号,分析噪声,进行脉宽、电压峰峰值Vpp、频率等测量。一旦硬件成功地被启动,工程师将着手进行认真的功能测试,确定设备被测对象在建议规定的时间以建议规定的方式运行。这里也需要大量使用示波器,以考察重要的定时时序标准,包括延迟、建立和保持时间、抖动等关键指标,这些指标对被测对象的性能和可靠性往往有很大的影响。最后,进入整个被测系统的评估阶段,包括是否可批量生产及是否符合特定的认证标准和协议,如USB。
当前的示波器与5年前的示波器有着巨大的差别,当前的示波器是智能示波器,在原来的基础上增加了面向特定应用的各种测量能力,可以在测试的每个阶段为设计工程师提供帮助。当前许多智能示波器都在体系结构中利用PC的处理能力,提供多种工具,简化和加快了测试与测量工作。
让我们特别看一下当前的智能示波器之一——安捷伦科技的Infiniium是如何实现USB端口的快速测试的,USB口可存在于很多设备、集线器或系统上。USB为想把新打印机、数码相机、扫描仪、扬声器或其它外设连接到PC上的用户提供了解决方案(这种简便、即时、无故障的方式,实际上正是USB实现者论坛的首要目标)。同时,USB-IF还把研发工程师能够简便设计USB作为目标。为满足这一目标,USB-IF提供了一个定义非常好的文档标准,并配有一套为硬件设计人员提供的与信号质量、涌入电流和分接/衰减(drop/droop)有关的标准化测试,所有这些测量都可以通过示波器完成。
那么,当前的示波器可以怎样帮助USB设计人员完成从通电到一致性测试的全套动作呢?
信号捕获
让我们先从运行测试开始。第一个任务是捕获代表着主机和设备之间通信的数据报文。上行数据报文从设备或集线器传送到系统中,下行数据报文则从系统向下传送到集线器或设备中。USB利用由D+、D-、Vbus和接地组成的4线屏蔽系统。差动D+和D-信号承载传输,Vbus则承载功率,这样设备可以从USB集线器或系统中获得功率。因此,十分有必要对D十和D-信号进行捕获和分析。
如图1所示当前的智能示波器可以让信号捕获变得非常简便。先使用autoscale功能,它将自动显示任何活动的信号。在示波器的处理器分析某些初期捕获的波形信号后,将自动设置时基(秒/格)、电压设置(电压/格)和触发门限。通过这种功能,设计人员可以迅速确定数据传输情况(如果有数据库传输的话)。另一个捕获这些信号的快速方法是使用Infiniium的USB测试选件自带的内置设置。由于USB-IF可以有效地定义信号及触发方式,因此可以简便地配置设置文件,把文件存储在示波器上或使用选件提供的设置文件。就这样,设置的调用过程得以简化,并可以根据标准来设置示波器,完周
信号捕获。
接下来,独特的触发功能会确保在示波器上看到期望中的传输信号,并进行分析。考虑一下最简单的情况,报文(packet)从计算机下行到集线器。在这种情况下,触发非常简单,因为没有任何其它通信,简单的一个边沿触发就可以捕获一个报文。另外一种情况是,在报文从设备上行到系统中,则需要设置一个唯一的触发条件。USB标准定义了这一触发条件:在被测器件的D十和D一都变低,连接集线器的另一台相邻设备的D+为高时触发。这种LLH码型将唯一地识别来自被测器件的上行报文。
图2 显示了触发设置菜单其中定义了一个LLH码型
该触发条件是针对上行数据的。
一旦信思报文被示波器捕获,那么实际的测量工作就开始了。通过使用示波器,可以进行功能测试,检验数据传输是否满足USB标准。通过使用自动测量或光标测量功能,可以迅速测量报文末尾宽度、脉宽、电压电平。另外因为信号被以数据的形式记录下来,可以利用其他的强大数学处理能力分析这一数据。
在USB中,存在着一套定义非常好的标准,为符合USB规范,必须进行一系列测量。此外,USB-IF不象其它标准一样,只是列出一长串需要测量的项目,而是使用MathWorks的MatLab提供的运行分析脚本,自动完成测量过程。任何USB设备、集线器和系统的设计人员都可以从USB网站上免费下载这些脚本,以与MatLab一起使用,其网址为:
www.usb.org。
过去,为了利用标准测试脚本,必需把波形数据从示波器传送到PC上,以使用MatLab的USB脚本进行分析。一般是通过GPIB或通过软盘把数据传送到PC上。之后,必须正确地修剪数据,因为实际上只是分析一部分波形记录。标准规定只应使用在记录开始前的一比特数据时间及记录结束后一比特时间的数据。在某些情况下,将使用Excel在PC中一次性地修剪数据,在其它情况下,则将使用数据采集程序。数据记录必须同时包含两条信道的时间和电压值,以存储在用tab分隔的变量文件中(.tsv)。在正确修剪和格式化数据时,应在PC上启动MathWorks MatLab,将这些数据调入到从USB网站(www.usb.org)下载的USB脚本中运行。MatLab脚本会生成一个.html文件,显示各种信号质量或涌入电流或分接/衰减测试,指出整体上是否通过测试,及提供每一项的测试结果和说明。没有智能示波器,即使有这种自动测试脚本,这也会是一个非常繁琐费时的工作,许多工程师可能能不测就不测了。
现在,在带有USB测试选件的Infiniium中,它利用内置PC,在示波器中嵌入了Matt1WoIks MatLab和USB脚本。在示波器上完成数据报文捕获和测试分析整个过程,而不需把数据传输到PC上,就可以完成整个USB预先一致性测试。
图3 说明了使用简单的菜单在智能示波器
如安捷伦的Infiniium上启动USB信号完整性测试。
例如,让我们看一下在执行信号质量测试,全速测试设备时的情况。首先,要用光标标出要分析的数据报文。左边的标尺放在数据开始左边的一个比特时间上,右边的标尺放在报文末尾右边至少一个比特时间上(参见图1)。然后通过在显示屏顶部的工具条中,点击Analyze(分析),启动USB测试,选择USB测试。为完成测试,简单地选择相关的测试(在本例中为信号质量),指明结果应存储的文件名,开始测试(参见图3)。它不再需要把数据传输到PC上,也不需要修剪和格式化数据及启动MatLab。所有这些都使用智能示波器的USB测试选件完成,USB测试选件把运行时MatLab嵌入到示波器中,从而可以象自动测量一样简便地完成USB预先一致性测试。
图4 整个USB-IF脚本在示波器的MatLab上运行
作为一个.html文件提供了合格/不合格结果及眼图结果。
这只是示波器把测量提高到新的高度的实例之一。设计工程师不再需要把数据传输到PC上进行分析。由于新型数字智能示波器的体系结构,这类测量应用现在已经成为现实。通过利用示波器中处理器的处理能力,智能示波器简化了调试阶段繁琐耗时的测量操作。
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