Catégorie : Test et Mesure     14/10/2013

Garantir stabilité et fiabilité pour le domaine des signaux mixtes

En adoptant une méthode de vérification numérique basée sur les signaux mixtes, les ingénieurs disposent d'une meilleure visibilité des nuances qui dictent désormais la stabilité et la fiabilité des conceptions modernes. Par Hailey Percival, Responsable Marketing Technique EMEA, Bench & Midrange, Tektronix

La technologie d’aujourd’hui est fondamentalement balancée entre un équilibre de plus en plus fin entre les domaines analogiques et numériques ; à mesure qu'augmente le débit de données - à la fois au sein des dispositifs et entre eux - le 'monde idéal' de transitions numériques rapides et propres devient de plus en plus difficile à atteindre. Cela pose des défis nouveaux et de plus en plus difficiles lors de la vérification des signaux numériques plus rapides qui présentent de plus en plus de caractéristiques de type analogique. C'est ce qui rend nécessaire la suppression du cloisonnement entre numérique et analogique.

En adoptant une méthode de vérification numérique basée sur les signaux mixtes, les ingénieurs disposent d'une meilleure visibilité des nuances qui dictent désormais la stabilité et la fiabilité des conceptions modernes. Analyseur Logique ou Oscilloscope à Signaux Mixtes ?

La méthode traditionnelle de vérification d'un design numérique - l'analyseur logique - offre une gamme de puissantes fonctionnalités qui complètent parfaitement les outils de débogage logiciels tels que les émulateurs connectés. Ces outils sont utilisés principalement par les ingénieurs chargés de veiller à une parfaite intégration entre les limites du logiciel et du matériel.

De la même manière, un oscilloscope à signaux mixtes (MSO) capable d'offrir des fonctionnalités d'analyseur logique de base peut être considéré comme l'outil à utiliser pour s'assurer que la limite entre matériel et logiciel (numérique/analogique) n'introduit aucune des erreurs fonctionnelles potentiellement fatales qui vont aujourd'hui de paire avec les signaux numériques haute vitesse. Par exemple, lorsque la tension d'écrêtage entre un 0 logique et un 1 logique continue de diminuer, afin d'obtenir des temps de transition, et par conséquent des débits, plus rapides, les risques de légers écarts de conception, sources d'anomalies opérationnelles, augmentent. Cela favorise le risque d'instabilité qui aboutit à une perte de fiabilité.

L'identification et la localisation de ces écarts à l'aide des outils traditionnels constituent un défi, car les analyseurs logiques présentent généralement une abstraction ou 'représentation' du signal mesuré, plutôt que sa description détaillée. Ce n'est qu'en ajoutant de véritables caractéristiques de capture et d'affichage de type analogique que ces 'gliches' peuvent être localisés et éradiqués en toute confiance. Tout oscilloscope à signaux mixtes doit être capable de mesurer des signaux numériques dans un monde analogique ; les fronts ne sont pas nets, les slew rates peuvent varier et le skew sont usuels. La capacité de traiter ces aspects des transitions numériques exigent du MSO qu'il donne accès à ces paramètres. Les oscilloscopes à signaux mixtes des séries MSO2000, MSO3000, MSO4000 et MSO5000 de Tektronix ont été conçus en ayant à l'esprit ces exigences et d'autres, mais il existe un certain nombre de caractéristiques spécifiques que doit garantir tout MSO, comme cela est expliqué ci-après.

Figure 1. Un MSO équipé de la souplesse nécessaire pour acquérir et traiter les signaux 'analogiques' de manière 'logique' peut combler le fossé de plus en plus étroit et néanmoins de plus en plus critique entre domaines analogique et numérique.

Seuils et Skew

De nombreuses familles à logique numérique sont utilisées, ce qui signifie que non seulement leurs tensions d'écrêtage varient, mais également leurs seuils logiques. Tout instrument conçu pour l'acquisition de ces signaux doit par conséquent être également capable de différencier les différentes familles logiques. Les MSO utilisés pour l'acquisition de signaux numériques doivent offrir la possibilité de régler le seuil logique mesuré, si possible pour chaque canal, ce qui permet de déboguer les circuits qui utilisent différentes familles logiques - par exemple TTL et LVPECL - à l'aide d'un seul instrument. Les seuils logiques réglables sont également une caractéristique courante des analyseurs logiques, bien entendu, mais l'avantage qu'offre un MSO réside dans la capture et l'affichage simultanés des caractéristiques analogiques d'un même signal.

Acquisitions

Les analyseurs logiques utilisent généralement deux formes d'acquisition : le timing et l’état. En termes simples, l'acquisition en timing utilise une période fixe pour échantillonner l'état logique d'un signal, alors que l'acquisition d'état utilise un 'déclencheur' (potentiellement externe) - qui est souvent un signal d'horloge généré par le circuit étudié - pour définir une période pendant laquelle le signal mesuré est considéré comme stable et logiquement valide. Parmi les deux, un MSO doit normalement utiliser une technique semblable à l'acquisition en timing, car l'utilisation d'une fréquence d'échantillonnage élevée offre une plus grande portée qui permet de capturer plus de détails. L'avantage ici également réside dans le fait que le signal étant échantillonné à l'aide d'une sonde analogique, aucune information n’est 'filtrée et éliminée', ce qui fait que toutes peuvent être fidèlement reproduites à l'écran pour être examinées par les ingénieurs.

Mesure & vérification

Alors qu’un oscilloscope à mémoire numérique classique (DSO) est capable de mesurer et d'afficher des signaux logiques sous forme d'ondes analogiques, un avantage important du MSO réside dans le fait qu'ils sont conçus pour traiter les 'bus' ; autrement dit, ils peuvent regrouper des signaux, puis les décoder et les afficher sous forme de bus numérique.
Cela est très bénéfique lors de la vérification d'une conception et, en outre, certains MSO peuvent aller plus loin et créer un tableau des événements qui affiche le contenu des bus sous forme de nombre binaire ou hexadécimal, chaque échantillon étant daté, ce qui simplifie la vérification des timings.

Figure 2. Les données décodées sont présentées dans un tableau d'événements qui est similaire à l'écran d'acquisition d'état d'un analyseur logique.

Un autre avantage au recours à l'acquisition haute résolution en timing est le fait que le contenu d'un bus peut alors être affiché sous une forme simplifiée ; seul l'affichage du statut à certains moments valides est affiché à l'aide d'une horloge spécifiée, tout en préservant les données de base qui peuvent être nécessaires pour détecter les erreurs.

De plus, les MSO sont conçus d'un point de vue de vérification numérique, ce qui signifie qu'ils fournissent généralement la capacité d'acquérir un grand nombre d'entrées. Par exemple, la série de MSO Tektronix peut décoder jusqu'à 16 bus simultanément, qui peuvent être parallèle ou série et couvrir les bus I2C, SPI, USB, CAN, LIN, FlexRay, RS-242/422/485/UART ou Ethernet, pour n'en nommer que quelques-uns.

La possibilité de configurer les seuils logiques et de pratiquer un deskew sur les entrées amène à découvrir les glitchs de façons plus simples avec un MSO. La diaphonie provoquée par la transition simultanée de signaux numériques en proximité physique proche, par exemple, peut produire de faux fronts parasites qui seraient difficiles à capturer avec un analyseur logique et difficiles à corréler avec un DSO. En cas de capture et de mesure à l'aide d'un MSO, il devient beaucoup plus simple de mettre en corrélation les transitions numériques avec une diaphonie parasite qui présente des caractéristiques aléatoires et analogiques comparables.

Pour plus d'informations, visiter le site www.tektronix.com