PCB Tecnico - Localizzazione rapida dei problemi di integrità del segnale nella progettazione di circuiti ad alta velocità

Nella progettazione di circuiti ad alta velocità, il metodo tradizionale per individuare i problemi di integrità del segnale è quello di utilizzare trigger hardware per isolare gli eventi e/o utilizzare la tecnologia di acquisizione profonda e archiviazione per catturare gli eventi e quindi cercare il problema. Man mano che la velocità e la complessità dei sistemi di circuito ad alte prestazioni continuano ad aumentare, i limiti dell'uso degli oscilloscopi per individuare i problemi di integrità del segnale stanno gradualmente diventando evidenti.

Con l'emergere di una nuova tecnologia di localizzazione degli eventi, questa situazione sarà notevolmente cambiata. In definitiva, questo potente sistema di localizzazione degli eventi aiuterà efficacemente i progettisti a trovare rapidamente e facilmente i problemi di integrità del segnale.

Metodo tradizionale di localizzazione del problema di integrità del segnale

I tradizionali metodi hardware trigger/deep acquisition e storage hanno due grandi vantaggi nella localizzazione dei problemi di integrità del segnale.

Prima di tutto, non c'è tempo morto quando si utilizza il trigger hardware per bloccare un evento correlato. Il sistema di trigger hardware manterrà il sistema di acquisizione dell'oscilloscopio in esecuzione fino a quando l'evento di destinazione non viene trovato. Una volta che l'evento di destinazione è bloccato, il circuito di trigger hardware si attiverà per completare il lavoro di acquisizione dati dell'oscilloscopio e l'evento verrà visualizzato al centro dello schermo allo stesso tempo. Questo metodo è davvero molto conveniente.

In secondo luogo, utilizzando la tecnologia di acquisizione e archiviazione profonda, gli utenti non hanno bisogno di conoscere i tipi di problemi di integrità del segnale affrontati dal sistema target. Hanno solo bisogno di impostare l'oscilloscopio alla modalità di archiviazione massima, e impostare la modalità di trigger a bordo o anche a scatto automatico, e quindi lasciare che l'oscilloscopio appena inizi a funzionare. L'oscilloscopio catturerà uno screenshot relativamente lungo dell'esecuzione del sistema di destinazione e quindi l'utente può analizzare questi dati in qualsiasi momento per determinare se c'è un evento problematico. Questa tecnica è anche chiamata tecnica "deglutire e wallow".

Questi metodi di utilizzo degli oscilloscopi per verificare i progetti sono molto efficaci e sono stati profondamente radicati nella comunità degli ingegneri di progettazione elettronica. Ma rispetto alle tecnologie emergenti nel settore dei test/misura, questo approccio ha molti limiti.

Nuovo metodo per individuare i problemi di integrità del segnale

Il nuovo metodo per individuare i problemi di integrità del segnale è un software di riconoscimento degli eventi. Il software di riconoscimento di eventi è essenzialmente una sorta di software intelligente. Questo software esegue la scansione della forma d'onda catturata dall'oscilloscopio per scoprire vari problemi di integrità del segnale o eventi con problemi di segnale. Questo metodo non ha la funzione "no dead time" del metodo di trigger hardware. Questo perché c'è inerente "tempo morto" quando post-elaborazione dei dati precedentemente acquisiti, e non ha la "vasta gamma" fornita dalla tecnologia di acquisizione e archiviazione profonda. La capacità di salvare e indagare. Ma il software di riconoscimento di eventi ha alcuni vantaggi unici come segue, che stanno attirando sempre più utenti di oscilloscopio.

1. monitoraggio simultaneo di eventi multipli: Il metodo di trigger hardware può identificare solo un evento problematico e il circuito di trigger hardware è impostato per attivarsi quando si verifica un evento specifico, il che elimina fondamentalmente la possibilità di monitorare eventi multipli allo stesso tempo. Il software di riconoscimento degli eventi non è influenzato da questa limitazione. Il software può essere programmato per scansionare 5 eventi su qualsiasi canale o più canali contemporaneamente. Ciò può ridurre notevolmente il tempo necessario per restringere gradualmente la gamma delle potenziali cause dei problemi di integrità del segnale e isolare eventi complessi correlati.

2. Scopri la situazione in cui lo stesso evento si verifica più volte: il circuito di trigger hardware può identificare solo una singola occorrenza di un evento per cattura. Infatti, prima o dopo che l'evento viene isolato dall'hardware, l'evento apparirà ripetutamente, ma il metodo di trigger hardware non riesce a trovare questi eventi ricorrenti. Il software di riconoscimento eventi può fare questo, può scoprire tutte le occorrenze di eventi catturati dalla memoria della forma d'onda. Pertanto, gli ingegneri di progettazione possono trovare non solo il primo guasto, ma anche il secondo e il terzo guasto.

3. navigazione degli eventi: Una volta che l'utente ha catturato una forma d'onda lunga attraverso l'archiviazione profonda, il passo successivo è estremamente noioso e incline agli errori lavoro manuale, che è riprodurre queste forme d'onda, controllare ogni segmento della forma d'onda e trovare potenziali problemi di integrità del segnale. Una tecnologia di raccolta e archiviazione approfondita può raccogliere informazioni su 10.000 schermi. È impraticabile rivedere tutte queste informazioni manualmente. Anche l'invio di questi dati dell'oscilloscopio a un controller e la scrittura di software personalizzati per analizzare questi dati è irrealistico e richiede tempo. Una volta che il software di riconoscimento degli eventi ha identificato tutte le occorrenze dell'evento di destinazione, può passare avanti e indietro tra più occorrenze dell'evento utilizzando i tasti intuitivi di controllo della riproduzione di un lettore DVD. La figura 1 è un esempio di prova che utilizza l'oscilloscopio Agilent DSO81304B.

Figura 1: La barra di navigazione (la parte inferiore dello schermo) può passare automaticamente a uno qualsiasi dei cinque eventi diversi (in uno dei quattro canali dell'oscilloscopio). L'oscilloscopio nella figura sta cercando la differenza di larghezza dell'impulso tra i due canali etichettati Ax e Bx.

4. Identificare eventi multipli: Un tipico sistema di trigger hardware può isolare circa 10 diversi tipi di eventi o modalità di trigger. Ma sviluppare una nuova modalità di attivazione hardware è molto difficile per i produttori di oscilloscopi, richiedendo molte risorse di sviluppo e costosi costi di produzione IC. In confronto, il costo dello sviluppo del software di riconoscimento degli eventi sarà molto inferiore. Il software di riconoscimento degli eventi corrente può isolare qualsiasi evento che può essere misurato tramite la misurazione della forma d'onda (gli oscilloscopi moderni possono eseguire più di 30 misurazioni della forma d'onda) e può anche trovare eventi problematici come bordi non monotoni causati da terminali di segnale errati. È quasi impossibile utilizzare un circuito di innesco hardware per innescare piccoli fenomeni di forma d'onda come i bordi non monotonici.

5. Identificare la velocità degli eventi: La velocità del circuito di innesco hardware è influenzata principalmente dalla velocità dei suoi transistor e utilizza la tecnologia analogica. Ora il circuito di trigger hardware più high-end può raggiungere il trigger di larghezza di impulso 300ps (o interferenza di impulso) e l'trigger seriale 3.25Gbps (trigger seriale). Sebbene questi indicatori siano eccellenti, la velocità del circuito di trigger hardware non può ancora stare al passo con la velocità di oltre 8,5 Gbps del sistema superiore di oggi. Il software di riconoscimento degli eventi è limitato solo dalla velocità di campionamento dell'oscilloscopio e utilizza essenzialmente la tecnologia digitale. Il tasso di campionamento dell'oscilloscopio leader del settore è alto fino a 40GSps e la velocità di riconoscimento degli eventi attraverso il sistema di riconoscimento degli eventi software è molto più veloce della modalità di attivazione hardware. La nuova tecnologia può osservare eventi con una larghezza di impulso di 70ps e la sua velocità di ricerca di sequenza può raggiungere 8,5Gbps (vedere un altro esempio di test del segnale ad alta velocità mostrato in Figura 2).

Figura 2: Il software Agilent InfiniiScan può identificare il tempo di aumento ultra-veloce 36ps tra Ax e Bx causato dall'interferenza tra simboli (ISI) di un impulso singolo bit.

6. Risoluzione degli eventi distintivi: La risoluzione di tempo dei circuiti di innesco hardware è relativamente bassa. Secondo diversi eventi trigger, caratteristiche del segnale della forma d'onda e specifiche attività della forma d'onda che portano all'evento trigger, la risoluzione è di circa decine o anche centinaia di picosecondi. Quando è necessario misurare alcuni indicatori più precisi, questa risoluzione non può più soddisfare i requisiti (cioè, possono verificarsi falsi errori). Poiché il riconoscimento di eventi software è puramente digitale di elaborazione del segnale, la tecnologia DSP come l'algoritmo di interpolazione di punti di campionamento da 1 a 16 può essere utilizzata per migliorare efficacemente la risoluzione dell'evento. L'ispezione del tasso di passaggio dell'evento può essere aumentata al livello picosecondo. La figura 2 mostra la forma d'onda quando l'oscilloscopio riconosce il bordo ascendente di 36ps.

7. Visibile può essere isolato: L'aspetto più attraente del software di riconoscimento di eventi è la sua funzione "Zone Finder". Molti utenti di oscilloscopio vedranno occasionalmente lampeggiare segnali intermittenti sullo schermo, ma è troppo tardi per premere il pulsante di arresto per bloccarli. Di solito in questo caso, l'utente imposta l'oscilloscopio in modalità di acquisizione singola, e quindi continua a premere il singolo tasto trigger (a volte deve essere premuto molte volte) per catturare efficacemente un evento. Nella maggior parte dei casi, il risultato di questo farà solo male le dita. Il rilevatore di area consente all'utente di disegnare un'area sullo schermo. L'utente può osservare il segnale intermittente lampeggiante in quest'area. Quando la forma d'onda di questo segnale lampeggia su quest'area la prossima volta, l'oscilloscopio si fermerà automaticamente e mostrerà chiaramente la forma d'onda. La figura 3 mostra un esempio con due aree. Questa funzione è di solito molto utile.

Figura 3: La funzione di ricerca dell'intervallo può isolare la prima area (l'area quadrata nell'angolo superiore sinistro) che non è entrata, mentre allo stesso tempo è richiesta la forma d'onda della seconda area (l'area quadrata nella posizione centrale inferiore). L'oscilloscopio nella figura può isolare rapidamente un singolo bit "1" con tre bit "0" davanti.

8. Sincronizzare con il grilletto hardware: Attraverso il meccanismo di ritardo programmabile, il software di riconoscimento dell'evento può essere utilizzato in combinazione con il meccanismo di grilletto hardware. In altre parole, questo metodo può catturare eventi definiti dal software che si verificano quando l'evento hardware definito è ritardato per un periodo di tempo specificato. Questo sistema di combinazione software e hardware può generare un sequenziatore trigger, o hardware può essere utilizzato per limitare le forme d'onda da controllare dal software, migliorando così l'efficienza.

Il software di riconoscimento degli eventi è un efficace complemento ai tradizionali metodi di attivazione hardware o acquisizione profonda e archiviazione per identificare i problemi di integrità del segnale. Quando l'oscilloscopio non ha il problema del "tempo morto", cioè quando la frequenza degli eventi è maggiore di una volta al secondo (un secondo è un lungo tempo per i circuiti ad alta velocità), la nuova tecnologia del software di riconoscimento degli eventi diventerà posizionamento Uno degli strumenti più efficaci e flessibili per i problemi di integrità del segnale nella progettazione elettronica.