Catégorie : Test & Mesure     01/04/2014

Cinq tâches de débogage courantes peuvent gagner en efficacité grâce à l'utilisation d'un oscilloscope intégré

Par Scott Davidson, Tektronix

Avec l'augmentation de la complexité, les conceptions à signaux mixtes modernes s'avèrent être un adversaire de taille pour les concepteurs. Autrement dit, ceux-ci doivent désormais mettre au point leurs conceptions pour gagner en efficacité énergétique, en intégrant les communications sans fil ou en localisant les sources de bruit. Qui plus est, le débogage des conceptions d'aujourd'hui nécessite de travailler dans un environnement de domaine mixte, du courant continu à la RF, avec des signaux analogiques et numériques, et des bus série et parallèles. Les exigences des tests de systèmes embarqués sont en pleine mutation, ce qui provoque l'apparition d'oscilloscopes intégrés. Dans une étude menée auprès d'ingénieurs de conception, ces derniers ont rapporté qu'ils se tournent désormais vers les instruments suivants plusieurs fois par mois :

• Voltmètre numérique
• Générateur de fonctions
• Analyseur de spectre
• Analyseur logique
• Analyseur de protocole

1. La détection d'une anomalie du signal
2. La vérification des bus série et parallèles
3. La recherche d'une source de bruit
4. La validation d'une conception d'alimentation à découpage

Découvrir et capturer les anomalies du signal peut s'avérer être l'un des défis les plus difficiles du processus de débogage.

Lors du sondage des signaux sur un circuit intégré, il arrive que de faibles traces soient visibles sur la forme d'onde, indiquant des événements rares et inattendus qui ne ressemblent pas aux signaux numériques. L'utilisation d'un afficheur à graduation de l'intensité permet de confirmer la présence de fréquentes anomalies sur le signal, mais celles-ci disparaissent trop rapidement de l'afficheur pour pouvoir être mesurées.

Pour découvrir les anomalies du signal en sondant l'ensemble de la conception, et pour se faire une idée de la fréquence à laquelle se produisent les anomalies, le mode d'acquisition rapide avec graduation des couleurs de l'oscilloscope, a été activé. Ce mode d'acquisition accélère la vitesse d'acquisition de forme d'onde et la porte à plus de 280 000 signaux par seconde, ce qui est suffisamment rapide pour saisir d'éventuelles anomalies. Comme le montre la Figure 2, un affichage similaire à un affichage thermique indique les signaux les plus fréquents en rouge et les signaux les moins fréquents en bleu. Dans ce signal numérique de 3,3 volts, des impulsions ou anicroches étroites ou occasionnelles sont visibles. Les impulsions transitoires de faible amplitude, qui font environ 1 Volt haut, apparaissent également en bleu. L'étape suivante consiste à utiliser un déclenchement transitoire pour isoler et capturer chaque impulsion transitoire.

Mais combien de fois se produisent des impulsions anormales ("runts") ? Les commandes du panneau avant permettent d'accéder à des outils et à des fonctions de navigation manuelles et automatiques du signal, telles que la vision panoramique ou le zoom, de telle sorte qu'il soit possible d'examiner les acquisitions mêmes les plus longues. Cependant, la navigation manuelle parmi les acquisitions de signaux longs peut s'avérer fastidieuse et être une source d'erreurs. Des événements intéressants peuvent être oubliés lorsque l'on fait défiler manuellement des millions de points de données. Lors de la navigation manuelle parmi les signaux, comment l'utilisateur peut-il être sûr de trouver toutes les occurrences d'un événement ?

La solution consiste à rechercher automatiquement le signal pour toutes les instances d'un événement spécifié. Spécifier des événements de recherche est similaire à spécifier des événements de déclenchement. L'oscilloscope marque automatiquement tous les événements et permet à l'utilisateur de naviguer parmi les marqueurs avec les boutons fléchés du panneau avant.

Dans ce cas, la configuration temporaire de déclenchement a été copiée dans la configuration de recherche automatique et trois petites impulsions dans le signal acquis, espacées d'environ 3,25 ms d'intervalle, ont été découvertes. Fort de cette information, l'utilisateur a été en mesure de corréler des événements qui ont eu lieu à ce rythme et d'isoler la cause de l'anomalie du signal.

Vérification des conceptions de bus série et parallèles

Pour le débogage des systèmes embarqués, y compris ceux qui comportent des bus parallèle et série, un oscilloscope intégré offre des outils utiles, y compris un analyseur de protocole qui permet de travailler avec les bus série et un analyseur logique qui permet de travailler avec les bus parallèles.

Du côté série de cet exemple, la conception utilise un bus série SPI. Comme il s'agit d'un simple bus, l'oscilloscope ne doit capturer que trois signaux qui produisent un bus série SPI.

Le bus dirige un convertisseur série-parallèle. Après avoir défini quelques paramètres de bus, le bus a été automatiquement décodé et affiché. Avec l'affichage synchronisé des deux bus, les relations de synchronisation entre les données de bus série et parallèle deviennent évidentes. Dans la plupart des cas, la valeur du bus parallèle est réglée sur la valeur de données du bus série juste après la transmission du paquet série.

Le déclencheur série peut être réglé pour stabiliser l'afficheur et capturer des événements série spécifiques. Ci-dessous, un déclencheur a été réglé pour capturer les signaux à chaque fois que la valeur de données B0 (Hexa) était transmise sur le bus série. Comme le montre la Figure 3, la valeur du bus parallèle n'a pas changé lorsque la valeur série B0 (Hexa) a été transmise.

Recherche d'une source de bruit dans une conception de système embarqué

La localisation de la source de bruit lors d’une conception, nécessite un analyseur de spectre intégré dans le même instrument pour le débogage à domaine mixte. Dans cet exemple, un signal à très haute fréquence à cheval sur l'un des signaux basse fréquence a été découvert lors de tests de la carte de circuit imprimé. L'utilisation d'une mesure par curseurs sur l'afficheur à domaine temporel a permis d'observer le bruit dominant à 900 MHz.

En passant à l'analyseur de spectre intégré, une sonde en champ proche a été utilisée pour capturer les signaux rayonnés. La fréquence au centre de l'analyseur de spectre a été réglée sur 900 MHz et la largeur (le Span) définie à 2 MHz. L'antenne en boucle EMI en champ proche a été lentement déplacée près du circuit imprimé pour capturer le niveau de signal le plus élevé à 900 MHz. Le signal le plus fort a été constaté à la sortie d'un circuit générateur d'horloge dans un FPGA (Figure 4).

Validation d'une conception d'alimentation à découpage

Les mesures de puissance basées sur l'oscilloscope permettent à n'importe quel utilisateur d'obtenir rapidement les mêmes résultats précis et reproductibles qu'un expert en alimentation électrique, même s'il traite rarement avec les mesures de puissance.

Dans cet exemple, la tension d'entrée (jaune) et le courant (bleu) sont observés sur un convertisseur alternatif-continu (Figure 5). Le voltmètre numérique intégré à 4 chiffres a ensuite été utilisé pour surveiller la tension de sortie continue. Les statistiques de mesure sur le côté droit de l'afficheur du voltmètre numérique indiquent que la tension de sortie est très stable, et l'affichage graphique fournit une indication visuelle des variations de tension. Des mesures typiques de puissance ont ensuite été utilisées pour effectuer des mesures de qualité de la puissance d'entrée, notamment la puissance, le facteur de crête et le facteur de puissance, pour caractériser les effets de l'alimentation sur la source en courant alternatif. De là, les mesures d'harmoniques de courant ont été utilisées pour fournir une analyse de domaine de fréquence du courant d'entrée, à la fois au format graphique et au format tabulaire.

Résumé

Les systèmes embarqués modernes ne ressemblent guère à ceux d'il y a encore quelques années, notamment du fait de l'ajout des fonctionnalités sans fil. La plupart des conceptions de systèmes en production ou en développement aujourd'hui comprennent au moins une forme de fonctionnalité sans fil comme le Wi-Fi, Bluetooth ou ZigBee.

Qu'il s'agisse de périphériques d'entrée comme les souris ou les claviers ou de maisons intelligentes ou de box multimédia, les consommateurs exigent la commodité du sans fil. Ces systèmes ne peuvent être testés de manière optimale que s’il existe des outils qui permettent aux concepteurs de travailler dans un environnement de domaine mixte, du courant continu à la RF, avec des signaux analogiques ou numériques, et des bus série ou parallèles.

Pour répondre à ce besoin, les fournisseurs d'équipements de test répondent en proposant des oscilloscopes intégrés qui fournissent un ensemble complet d'instruments de banc d'essai dans un boîtier portable unique.

À propos de l'auteur

Scott Davidson a plus de 28 ans d'expérience chez Tektronix. Il est actuellement directeur du marketing produit pour la ligne de produits des oscilloscopes de milieu de gamme. Il a occupé divers postes d'ingénierie et de marketing, ainsi que des postes dans la fabrication et la direction technique. Il est titulaire d'un BSEE et d'un MSEE de l'Université d'État du Montana.