Leiterplattentechnisch - Schnelle Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen im Hochgeschwindigkeits-Schaltungsdesign

In high-speed circuitDesign, Die traditionelle Methode zur Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen besteht darin, Hardware-Trigger zu verwenden, um die Ereignisse zu isolieren, und/oder tiefe Erfassungs- und Speichertechnologie verwenden, um die Ereignisse zu erfassen, und dann nach dem Problem suchen. Mit zunehmender Geschwindigkeit und Komplexität von Hochleistungsschaltungssystemen, Die Einschränkungen der Verwendung von Oszilloskopen zur Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen werden allmählich deutlich..

Mit dem Aufkommen einer neuen Event Location Technologie wird sich diese Situation stark ändern. Letztendlich hilft dieses leistungsstarke Event Location System Konstrukteuren effektiv, Signalintegritätsprobleme schnell und einfach zu finden.

Herkömmliche Methode zur Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen

Traditionelle Hardware-Trigger-/Deep-Acquisition- und Speichermethoden haben zwei große Vorteile bei der Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen.

Zunächst einmal gibt es keine Totzeit, wenn Hardware-Trigger verwendet wird, um ein verwandtes Ereignis zu sperren. Das Hardware-Trigger-System hält das Oszilloskop-Erfassungssystem am Laufen, bis das Zielereignis gefunden wird. Sobald das Zielereignis gesperrt ist, wird die Hardware-Trigger-Schaltung ausgelöst, um die Datenerfassungsarbeit des Oszilloskops abzuschließen, und das Ereignis wird gleichzeitig in der Mitte des Bildschirms angezeigt. Diese Methode ist in der Tat sehr praktisch.

Zweitens müssen Benutzer mithilfe von Deep Acquisition und Speichertechnologie nicht die Arten von Signalintegritätsproblemen kennen, mit denen das Zielsystem konfrontiert ist. Sie müssen nur das Oszilloskop auf den maximalen Speichermodus einstellen und den Trigger-Modus auf Kantentrigger oder sogar automatischen Trigger einstellen, und dann das Oszilloskop einfach starten lassen. Das Oszilloskop erfasst einen relativ langen Screenshot der Ausführung des Zielsystems, und dann kann der Benutzer diese Daten jederzeit analysieren, um festzustellen, ob ein problematisches Ereignis vorliegt. Diese Technik wird auch als "Schlucken und Wölben" Technik bezeichnet.

Diese Methoden zur Verwendung von Oszilloskopen zur Überprüfung von Designs sind sehr effektiv und tief in der Gemeinschaft der Elektronikdesigner verwurzelt. Doch im Vergleich zu neuen Technologien in der Test-/Messindustrie hat dieser Ansatz viele Einschränkungen.

Neue Methode zur Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen

Die neue Methode zur Lokalisierung von Signalintegritätsproblemen ist eine Ereigniserkennungssoftware. Ereigniserkennungssoftware ist im Wesentlichen eine Art intelligente Software. Diese Software scannt die vom Oszilloskop erfasste Wellenform, um verschiedene Signalintegritätsprobleme oder Ereignisse mit Signalproblemen herauszufinden. Diese Methode verfügt nicht über die "No Dead Time"-Funktion der Hardware-Trigger-Methode. Dies liegt daran, dass es bei der Nachbearbeitung der zuvor erfassten Daten inhärente "Totzeit" gibt, und es nicht über die "breite Reichweite" verfügt, die durch tiefe Erfassungs- und Speichertechnologie bereitgestellt wird. Die Fähigkeit zu speichern und zu untersuchen. Aber Ereigniserkennungssoftware hat einige einzigartige Vorteile wie folgt, die mehr und mehr Oszilloskopbenutzer anziehen.

1. Gleichzeitige Überwachung mehrerer Ereignisse: Die Hardware-Trigger-Methode kann nur ein problematisches Ereignis identifizieren, und die Hardware-Trigger-Schaltung wird so eingestellt, dass sie auslöst, wenn ein bestimmtes Ereignis auftritt, was die Möglichkeit der Überwachung mehrerer Ereignisse zur gleichen Zeit grundsätzlich eliminiert. Die Ereigniserkennungssoftware ist von dieser Einschränkung nicht betroffen. Die Software kann programmiert werden, um 5-Ereignisse auf einem beliebigen Kanal oder mehreren Kanälen gleichzeitig zu scannen. Dies kann die Zeit, die benötigt wird, um die Bandbreite potenzieller Ursachen von Signalintegritätsproblemen schrittweise einzugrenzen und kompliziert zusammenhängende Ereignisse zu isolieren, erheblich reduzieren.

2. Finden Sie die Situation heraus, in der dasselbe Ereignis mehrfach auftritt: Die Hardware-Trigger-Schaltung kann nur ein einziges Ereignis pro Aufnahme identifizieren. Tatsächlich wird das Ereignis vor oder nachdem das Ereignis von der Hardware isoliert wurde, wiederholt angezeigt, aber die Hardware-Trigger-Methode kann diese wiederkehrenden Ereignisse nicht finden. Ereigniserkennungssoftware kann dies tun, sie kann alle Ereignisse herausfinden, die vom Wellenformspeicher erfasst werden. Daher können Konstrukteure nicht nur den ersten Fehler, sondern auch den zweiten und dritten Fehler finden.

3. Ereignisnavigation: Sobald der Benutzer eine lange Wellenform durch tiefe Speicherung erfasst hat, ist der nächste Schritt extrem langweilige und fehleranfällige manuelle Arbeit, die darin besteht, diese Wellenformen abzuspielen, jedes Segment der Wellenform zu überprüfen und potenzielle Signalintegritätsprobleme zu finden. Die eingehende Sammel- und Speichertechnologie kann Informationen auf 10.000 Bildschirmen sammeln. Es ist unpraktisch, alle diese Informationen manuell zu überprüfen. Das Senden dieser Oszilloskopdaten an eine Steuerung und das Schreiben einer kundenspezifischen Software zur Analyse dieser Daten ist ebenfalls unrealistisch und zeitaufwendig. Sobald die Ereigniserkennungssoftware alle Ereignisse des Zielereignisses identifiziert hat, kann sie über die intuitiven Wiedergabesteuertasten eines DVD-Players zwischen mehreren Ereignissen hin und her wechseln. Abbildung 1 ist ein Testbeispiel mit Agilent DSO81304B Oszilloskop.

Abbildung 1: Die Navigationsleiste (der untere Teil des Bildschirms) kann automatisch zu einem von bis zu fünf verschiedenen Ereignissen (in einem der vier Oszilloskopkanäle) wechseln. Das Oszilloskop in der Abbildung sucht nach dem Unterschied in der Pulsbreite zwischen den beiden Kanälen Ax und Bx.

4. Identifizieren Sie mehrere Ereignisse: Ein typisches Hardware-Trigger-System kann etwa 10 verschiedene Arten von Ereignissen oder Trigger-Modi isolieren. Aber die Entwicklung eines neuen Hardware-Trigger-Modus ist für Oszilloskophersteller sehr umständlich und erfordert viele Entwicklungsressourcen und teure IC-Produktionskosten. Im Vergleich dazu werden die Kosten für die Entwicklung von Ereigniserkennungssoftware viel geringer sein. Die aktuelle Ereigniserkennungssoftware kann jedes Ereignis isolieren, das durch Wellenformmessung gemessen werden kann (moderne Oszilloskope können mehr als 30-Wellenformmessungen durchführen) und auch problematische Ereignisse wie nichtmonotone Kanten finden, die durch falsche Signalklemmen verursacht werden. Es ist fast unmöglich, eine Hardware-Trigger-Schaltung zu verwenden, um kleine Wellenformphänomene wie nichtmonotone Kanten auszulösen.

5. Identifizieren Sie die Geschwindigkeit der Ereignisse: Die Geschwindigkeit der Hardware-Trigger-Schaltung wird hauptsächlich von der Geschwindigkeit seiner Transistoren beeinflusst, und es verwendet analoge Technologie. Jetzt kann die High-End-Hardware-Trigger-Schaltung bis zu 300ps Impulsbreite (oder Impulsinterferenz) Trigger und 3.25Gbps serielle Trigger (serielle Trigger) erreichen. Obwohl diese Indikatoren ausgezeichnet sind, kann die Geschwindigkeit der Hardware-Trigger-Schaltung immer noch nicht mit der Geschwindigkeit von über 8,5Gbps des heutigen Top-Systems mithalten. Ereigniserkennungssoftware ist nur durch die Abtastrate des Oszilloskops begrenzt und nutzt im Wesentlichen digitale Technologie. Die Abtastrate des branchenführenden Oszilloskops ist so hoch wie 40GSps, und die Geschwindigkeit der Erkennung von Ereignissen durch das Software-Ereigniserkennungssystem ist viel schneller als der Hardware-Trigger-Modus. Die neue Technologie kann Ereignisse mit einer Pulsbreite von 70ps beobachten, und ihre Sequenzsuchgeschwindigkeit kann 8.5Gbps erreichen (siehe ein weiteres Hochgeschwindigkeitssignaltestbeispiel in Abbildung 2).

Abbildung 2: Agilent InfiniiScan Software kann die 36ps ultraschnelle Anstiegszeit zwischen Ax und Bx identifizieren, die durch die Inter-Symbol Interferenz (ISI) eines Single-Bit Pulses verursacht wird.

6. Auflösung der Unterscheidung von Ereignissen: Die Zeitauflösung der Hardware-Trigger-Schaltungen ist relativ niedrig. Entsprechend verschiedenen Trigger-Ereignissen, Wellenform-Signalcharakteristiken und spezifischen Wellenform-Aktivitäten, die zum Trigger-Ereignis führen, beträgt die Auflösung etwa zehn oder sogar Hunderte von Pikosekunden. Wenn einige genauere Indikatoren gemessen werden müssen, kann diese Auflösung die Anforderungen nicht mehr erfüllen (d.h. falsche Fehler können auftreten). Da die Softwareereigniserkennung rein digitale Signalverarbeitung ist, kann DSP-Technologie wie der 1-16-Abtastpunkt-Interpolationsalgorithmus verwendet werden, um die Ereignisauflösung effektiv zu verbessern. Die Inspektion der Ereignispass-Rate kann auf Pikosekunden-Ebene erhöht werden. Abbildung 2 zeigt die Wellenform, wenn das Oszilloskop die aufsteigende Kante von 36ps erkennt.

7. Sichtbar kann isoliert werden: Der attraktivste Aspekt der Ereigniserkennungssoftware ist die Funktion "Zone Finder". Viele Oszilloskop-Benutzer sehen gelegentlich intermittierende Signale auf dem Bildschirm blinken, aber es ist zu spät, die Stopp-Taste zu drücken, um sie zu sperren. Normalerweise stellt der Benutzer in diesem Fall das Oszilloskop auf den Einzelerfassungsmodus ein und drückt dann die einzelne Trigger-Taste (manchmal muss sie sehr oft gedrückt werden), um ein Ereignis effektiv zu erfassen. In den meisten Fällen wird das Ergebnis nur Ihre Finger schmerzen. Der Flächendetektor ermöglicht es dem Benutzer, einen Bereich auf dem Bildschirm zu zeichnen. Der Benutzer kann das intermittierende Signal in diesem Bereich beobachten. Wenn die Wellenform dieses Signals das nächste Mal über diesen Bereich blinkt, stoppt das Oszilloskop automatisch und zeigt die Wellenform deutlich an. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel mit zwei Bereichen. Diese Funktion ist in der Regel sehr nützlich.

Abbildung 3: Die Intervallsuche-Funktion kann den ersten Bereich (den quadratischen Bereich in der oberen linken Ecke) isolieren, der nicht eingegeben wurde, während gleichzeitig die Wellenform des zweiten Bereichs (den quadratischen Bereich in der unteren Mittelposition) erforderlich ist. Das Oszilloskop in der Abbildung kann schnell ein einzelnes "1"-Bit mit drei "0"-Bits isolieren.

8. Synchronisieren Sie mit Hardwareauslöser: Durch den programmierbaren Verzögerungsmechanismus kann die Ereigniserkennungssoftware in Verbindung mit dem Hardwareauslösermechanismus verwendet werden. Mit anderen Worten, diese Methode kann softwaredefinierte Ereignisse erfassen, die auftreten, wenn das definierte Hardwareereignis für einen bestimmten Zeitraum verzögert wird. Dieses Software- und Hardware-Kombinationssystem kann einen Trigger-Sequenzer erzeugen, oder Hardware kann verwendet werden, um die von der Software zu überprüfenden Wellenformen zu begrenzen, wodurch die Effizienz verbessert wird.

Ereigniserkennungssoftware ist eine effektive Ergänzung zu herkömmlichen Hardware-Triggern oder Deep Acquisition- und Speichermethoden zur Identifizierung von Signalintegritätsproblemen. Wenn das Oszilloskop nicht das Problem der "toten Zeit" hat, das heißt, wenn die Frequenz der Ereignisse größer als einmal pro Sekunde ist (eine Sekunde ist eine lange Zeit für Hochgeschwindigkeitsschaltungen), wird die neue Technologie der Ereigniserkennungssoftware Positionierung Eines der effektivsten und flexibelsten Werkzeuge für Signalintegritätsprobleme im elektronischen Design.