Dotés de voies numériques, des oscilloscopes testent les systèmes embarqués complexes

Plus les tâches à effectuer par un système embarqué sont nombreuses, plus celles-ci deviennent complexes et plus la variété, ainsi que le nombre d’interfaces entre les blocs numériques et analogiques augmente. Il n’est ainsi pas rare que des signaux de 1-bit, des bus de données parallèles avec et sans horloges, ainsi que des bus de données série soient utilisés au sein d’un même concept. Pour pouvoir gérer cette complexité grandissante, on doit analyser toutes ces interfaces à différents niveaux d’abstraction. A cet effet, des montages de test onéreux, utilisant plusieurs appareils à interfaces utilisateurs différentes, sont nécessaires: les formes d’ondes analogiques doivent être examinées par un oscilloscope, les signaux numériques à l’aide d’un analyseur logique et les protocoles de transmission par un analyseur de protocole.

On peut sensiblement simplifier ces tâches: l’option R&S RTO-B1 convertit le R&S RTO en un oscilloscope à signaux mixtes, lequel combine les possibilités de mesure de l’oscilloscope numérique aux capacités d’analyse d’un analyseur logique et ce, de façon à offrir, outre les voies analogiques, des voies numériques supplémentaires pour l’analyse d’états logiques et de détails de protocole (fig. 1). Les voies analogiques et numériques sont alors enregistrées en temps synchronisé, de sorte que l’analyse est réalisée en temps corrélé, dans le même appareil. L’utilisateur est ainsi en mesure d’analyser les circuits à différents niveaux d’abstraction et ce, avec un seul appareil, de façon uniforme et conviviale. Le R&S RTO s’avère donc remarquable pour une utilisation, aussi bien en laboratoire de développement de matériel pour l’analyse de l’intégrité du signal, qu’en laboratoire de développement de logiciels pour l’étude des contenus de signal.

 

Figure 1: Oscilloscope R&S RTO avec l’option Mixed-Signal R&S RTO-B1 intégrée.

 

Principe à deux phases: enregistrement et évaluation

Le mode de fonctionnement d’un oscilloscope numérique peut comporter deux phases successives: la phase d’enregistrement, dans laquelle les signaux de mesure échantillonnés sont stockés dans une mémoire de données, et la phase d’évaluation, dans laquelle sont effectuées l’analyse et la sortie des courbes de mesure.

Le R&S RTO, dans sa version d’oscilloscope à signaux mixtes, applique ce principe en deux temps, aussi bien aux voies analogiques qu’aux voies numériques. Il continue à se comporter comme un oscilloscope classique; les fonctions des voies analogiques et numériques s’accordent parfaitement. En raison du nombre élevé de voies et des multiples possibilités de configuration qui en résultent, il est de la plus haute importance que l’utilisation soit simple et claire. Le R&S RTO s’avère ici particulièrement intéressant car, avec l’option à signaux mixtes R&S RTO-B1, son utilisation est également intuitive, grâce aux diagrammes de flux de signal, ainsi qu’à la structure plate des menus. Les menus utilisateur sont transparents, les fenêtres de mesure restent visibles. Ainsi, toute modification des configurations, susceptible d’altérer les courbes, est immédiatement détectée. Pour un meilleur aperçu, on peut également regrouper les formes d’ondes dans différentes fenêtres sur l’écran.

 

Haute résolution temporelle combinée à une longue durée d’enregistrement

Une haute résolution temporelle représente un avantage non seulement pour les voies analogiques, mais également pour les voies numériques. Avec ces voies, l’oscilloscope analyse également des événements dans les signaux numériques, avec la précision appropriée; il peut aussi détecter efficacement les perturbateurs à impulsions de courte durée. Même avec les voies numériques comme source de déclenchement (trigger), l’instant de déclenchement est déterminé avec une grande précision, de sorte que la gigue (jitter) des formes d’ondes se trouve limitée à l’écran.

C’est pour cette raison que l’option à signaux mixtes R&S RTO-B1 offre sur les 16 voies numériques un taux d’échantillonnage de 5 Géch./s (10 Géch./s sur les voies analogiques). Il en résulte, pour les voies numériques, une résolution temporelle de 200 ps, sur toute la profondeur d’enregistrement, qui s’élève à 200 Méch, ce qui constitue une caractéristique particulière dans cette catégorie. Même les événements survenant loin du point de déclenchement sont affichés avec une haute précision temporelle. La mémoire de données de l’option à signaux mixtes est indépendante de l’appareil de base, raison pour laquelle la profondeur d’enregistrement de 200 Méch n’est pas affectée par le nombre de voies analogiques et numériques activées.

Si la résolution temporelle des voies analogiques dépasse celle des voies numériques, par exemple à un taux d’échantillonnage de 10 Géch/s, ou lors d’interpolations, les voies numériques sont adaptées au taux d’échantillonnage des voies analogiques via une interpolation Sample&Hold. Ainsi, l’analyse conjointe des signaux analogiques et des signaux numériques est assurée.

La profondeur d’enregistrement d’un maximum de 200 Méch par voie numérique est adaptée à de nombreuses applications, comme l’enregistrement de longues séquences de données sur des bus série, par exemple. Avec un débit de 400 Mbit/s et un taux d’échantillonnage de 5 Géch./s, on obtient par conséquent une profondeur d’enregistrement de 16 Mbits. Outre de longues séquences de données, cette grande profondeur de mémoire permet d’enregistrer un nombre important de formes d’ondes successives.

 

Les types de déclenchement appropriés

Pour les voies numériques, il est souvent proposé les types de déclenchement d’un oscilloscope pour lesquels un seul seuil d’amplitude – le seuil de la transition logique – suffit. Avec l’option à signaux mixtes R&S RTO-B1, les types de triggertels qu’Edge, Width, Timeout, Pattern, State, Data-to-Clocket Serial Patternsont dotés des fonctionnalités de Hold-offsuivantes: Time, Eventet Random Time (fig. 2). Les sources de déclenchement sont les voies numériques individuelles, les signaux de bus ou toute combinaison logique de toutes les voies numériques, via les opérateurs logiques AND, OR ou XOR, par exemple. Tous les signaux pouvant être sélectionnés par l’utilisateur comme source de déclenchement, en particulier la combinaison logique des voies numériques, est disponible dans la phase d’évaluation pour la visualisation.

 

Figure 2: L’analyse de temps de Setup&Hold est particulièrement simple pour les bus de données parallèles: l’utilisateur peut configurer le trigger de façon à déclencher en cas de violation de temps de Setup&Hold et ce, pour un maximum de 15 voies de données.

 

Vitesse de mesure élevée grâce à une technologie sophistiquée

Lors de la conception des oscilloscopes numériques, la minimisation de leur temps mort, permettant de détecter plus rapidement les événements rares, représente un défi typique. Ce temps mort peut être réduit en optimisant la phase de traitement.

Dans l’option à signaux mixtes R&S RTO-B1, un composant numérique rapide réalise le traitement du signal à partir de l’acquisition, ainsi que du déclenchement, jusqu’à l’affichage à l’écran, en passant par le traitement des fonctions de curseur et les mesures. L’oscilloscope peut ainsi afficher jusqu’à 200’000 formes d’onde par seconde, quel que soit le nombre de voies analogiques et de voies numériques à évaluer.

 

Formes d’ondes toujours parfaitement visualisées...

La sortie écran, adaptée à la perception visuelle de l’œil humain, s’effectue toutes les 30 ms. C’est la raison pour laquelle, dans cette famille d’oscilloscopes, les formes d’ondes des voies analogiques sont superposées en fonction de leur périodicité, dans le matériel entre deux sorties écran, afin d’y afficher toutes les courbes. Cette méthode de présentation est également utilisée par l’option Mixed-Signal R&S RTO-B1 pour les voies numériques.

Les signaux binaires sont superposés en fonction de leur périodicité sur tous les enregistrements entre deux sorties écran. Ainsi, avec un taux d’acquisition de 200’000 formes d’ondes par seconde, les 6000 courbes enregistrées sont toutes visualisées simultanément à l’écran. L’utilisateur obtient une information sur la périodicité des états binaires et des transitions sur toute la durée (fig. 3). Il peut ainsi, à l’aide des fonctions de recherche, cibler séparément les courbes et les évaluer de façon plus approfondie.

 

Figure 3: Visualisation de toutes les courbes enregistrées, de l’écriture dans la mémoire et de la superposition (en bas à gauche): ainsi, les périodicités des événements qui surviennent sont révélées par une gradation d’intensité à un taux d’acquisition de 200’000 formes d’ondes par seconde.

 

Les signaux de bus, en revanche, ne sont pas superposés en fonction de la périodicité, puisqu’il s’agit ici de contenus de données de plusieurs signaux binaires regroupés. Pour une analyse claire des signaux de bus, l’utilisateur peut adapter le format d’affichage au format de bus. La distinction est faite entre les bus de données à transmission synchrone, pour lesquels l’état logique n’est déterminé qu’aux périodes de flancs d’horloge valides, et les bus de données à transmission asynchrone, pour lesquels l’état logique est déterminé à chaque période d’échantillonnage. L’affichage est effectué dans le format de bus sous forme de tableau ou de courbe analogique dans des formats binaires, hexadécimaux, décimaux et fractionnaires (fig. 4).

 

Figure 4: Les différentes formes de représentation d’un signal de bus parallèle: signal d’entrée d’un convertisseur A/N (en haut), représentation du bus de données parallèle à la sortie sous forme de signaux binaires et de courbes analogiques (en bas).

 

... et analysées

Pour un examen ciblé et efficace des formes d’ondes, la quantité et la qualité des fonctions de l’analyse offertes par l’oscilloscope à signaux mixtes sont cruciales. Cela comprend les mesures automatiques de temps et d’amplitude des voies analogiques, leur analyse statistique, les fonctions mathématiques et les curseurs.

Pour les voies numériques, l’option Mixed Signal R&S RTO-B1 dispose d’un grand choix de mesures de temps comprenant l’analyse statistique, les curseurs ainsi que toute opération logique pour la totalité des 16 voies numériques sous forme de fonctions mathématiques (fig. 6). Le signal mathématique joue également le rôle de signal source pour les fonctions de mesure. Les fonctions de curseur sont applicables aux signaux binaires, aux signaux de bus et à la combinaison logique des voies numériques.

 

Figure 6: Mesures et curseur sur des voies numériques: en haut de l’image l’analyse statistique détaillée des mesures.

 

Conclusion

Les oscilloscopes R&S RTO disposent, avec l’option à signaux mixtes, de fonctions fondamentales, d’analyseurs logiques et de protocole. Les avantages pour l’utilisateur résident dans des montages de mesure plus simples, une manipulation standardisée et la possibilité de visualiser des courbes analogiques, des signaux numériques et des détails de protocole au sein d’un même appareil – ce qui lui permet de mieux se concentrer sur l’analyse de circuit proprement dite. Les oscilloscopes à signaux mixtes sont utiles aussi bien pour les concepteurs de matériel pour analyser l’intégrité du signal, que pour les développeurs de logiciels pour analyser le contenu du signal.

 

* Ingénieur de vente équipements de mesure et systèmes de test chez Roschi Rohde & Schwarz AG