Inverser Maskentest Frust als Trigger

Ein Ingenieur, der mit seinem Oszilloskop arbeitet, ist normalerweise darauf konzentriert, Probleme zu lösen und Produkte zu verbessern. Im Grunde macht ein Oszilloskop-Entwickler auch nichts anderes. Wenn ihn jedoch an seinem Messinstrument etwas stört, so hat er eher die Möglichkeit, etwas daran zu ändern.

Vor mehr als zehn Jahren sollte der amerikanische Mitautor dieses Textes, ein Oszilloskop-Entwickler bei Agilent, einen neuen, ausgefeilten Triggerchip für ein Oszilloskop entwickeln, im Laborjargon liebevoll »Spezialtrigger« genannt. Doch noch bevor das Projekt richtig losging, kam ihm eine bemerkenswert einfache Idee für einen völlig neuartigen Ansatz der Triggerung, der die Art, wie Oszilloskope benutzt werden, grundlegend verändern sollte.

Im Rahmen seiner Recherche für sein Trigger-ASIC besuchte er Kunden. Er wollte verstehen, wie sie mit ihren Oszilloskopen umgingen, was sie daran gut fanden, was sie daran störte. Wenig verwunderlich war, dass Entwicklungsingenieure von Agilent selbst genau wussten, wie sie die einzelnen Triggerfunktionen ihres Oszilloskops einzusetzen haben. Draußen beim Anwender sieht das anders aus: Die Kunden wollen keinen großen Gedanken an die Triggerung verschwenden. Sie schalten einfach irgendeinen Triggermodus ein und drehen so lang an den Knöpfen, bis das Bild steht. Sie haben einfach keine Zeit, lange darüber nachzudenken, was der Trigger eigentlich genau machen soll.

Der erste Kunde wollte eine bestimmte Taktflanke erfassen und hatte Probleme, den passenden Trigger dafür einzustellen. Sein Wunsch war deutlich: einfach auf den entsprechenden Punkt der Messkurve zeigen und das bekommen, was er sehen will. Der nächste Kunde entdeckte die Messkurve eines fehlerhaften Signals auf dem Schirm seines Oszilloskops. Er hatte das Gerät auf »unendliche Nachleuchtdauer« (Bild 1) gestellt, und nun zeigte es ihm, dass während seiner Abwesenheit ein fehlerhaftes Signal aufgetreten war. Um dessen Ursache herauszubekommen, wollte er diese Kurve einzeln ansehen und sie mit den Messkurven der anderen Kanäle vergleichen.

Der Ingenieur hatte tagelang Single-Shot-Messungen durchgeführt, mit denen er den selten auftretenden Glitch zu fassen bekommen wollte. Immer und immer wieder drückte er den Knopf »Single-Shot« und kam damit dem Problem doch nicht auf die Spur.

Als der Autor sah, wie der Kunde mühevoll immer und immer wieder den Schalter malträtierte, wurde ihm klar, dass es keine zielführende Methode war, eine Million Mal auf einen Knopf zu drücken, um einen Glitch zu finden, der nur einmal in einer Million Fälle auftritt. Und er erkannte, dass er beiden Kunden mit bereits vorhandener Oszilloskoptechnik von Agilent helfen konnte, ganz ohne den »Spezialtrigger«, dessen Entwicklung sich noch im Frühstadium befand.

Bei der bereits vorhandenen Technik handelt es sich um Maskentrigger (Bild 2) – das Oszilloskop kann Aufzeichnungen mittels Maskentechnik bewerten und diese Funktion dazu benutzen, um für den Anwender den Auslöseknopf zu drücken. Maskentests zeigen alle Messkurven, die entweder innerhalb der gesteckten Grenzen bleiben oder sie verletzen. Die Idee war, die Kurven zu ignorieren, welche die Grenzen verletzen, und nur die anzuzeigen, die innerhalb der Maske bleiben (Bild 3). Dieser Vorgang könnte intern ablaufen und den Ablauf automatisieren, den der Anwender bisher manuell zu erledigen hatte (Bild 4).

Einfache Idee, schwierige Umsetzung

Die Idee, einen Trigger mit einem inversen Maskentest einfacher einzustellen, war nur der erste Schritt hin zu einem Produkt. Zunächst einmal galt es, den Chef und die Kollegen für diese Idee zu begeistern. Er brachte Soft- und Hardwarentwickler zusammen und warb für die umgekehrte Triggermethode. Er betonte, dass man für die neue Funktion keine neue Technik zu entwickeln brauche, schließlich war die nötige Infrastruktur in den Oszilloskopen bereits vorhanden. Der Durchbruch kam, als einer der Softwareentwickler seines Teams eine Funktionsdemo des Zonentriggers programmierte.

Die Funktionsdemo kam gleich bei der Suche nach fehlerhaften Signalen auf einem Bus zum Einsatz und erwies sich als nützlich. In letzter Minute stimmte das Team zu, die neue Funktion in die erste Ausgabe des Softwarepakets »InfiniiScan« aufzunehmen, einem Ereignisidentifizierungsprogramm für die »Infiniium«-Oszilloskope der Familie »DSO80000B«, die 2006 auf den Markt kam. Die neue Funktion benötigte allerdings eine Bezeichnung, und da es sich technisch um eine Maske, nicht um einen Trigger handelt, gab es auch darum Diskussionen. Es zeigte sich jedoch, dass die meisten Ingenieure all das für einen Trigger hielten, was dafür sorgte, dass sie das gewünschte Bild bekamen. Also entschloss man sich letztlich dazu, die Funktion »Softwaretrigger« zu nennen.

Der Erfolg des Prinzips »Softwaretrigger« als Teil des InfiniiScan-Pakets führte zum nächsten logischen Schritt, nämlich zur Aufnahme der Funktion in die Betriebssoftware des Oszilloskops. Als die Hochleistungsoszilloskope der Familie »Infiniium 90000« entwickelt wurden, nahm das Team diese Funktion gleich in die Betriebssoftware mit auf. Die Technik ermöglichte ein dreistufiges Triggersystem: Die ersten beiden Stufen der Triggerung sind in Hardware umgesetzt, die dritte in Software. Zu jener Zeit wurden hochentwickelte Triggerfunktionen, speziell Softwaretrigger, nur in High-End-Oszilloskope eingebaut.

Einige Jahre später entwickelte das Oszilloskopteam einen neuen Chip, der die Verhältnisse änderte: Er ermöglichte dem Anwender, sein Oszilloskop über einen kapazitiven Touchscreen zu bedienen. Der neue Chip »MegaZoom IV« (siehe Bild 5) ermöglichte hohe Bildschirmaktualisierungsraten von einer Million pro Sekunde, und er implementierte sowohl den normalen als auch den inversen Maskentest, nun »InfiniiScan Zonentrigger« genannt, in Hardware. Die Umsetzung des Zonentriggers mit einem schnellen digitalen ASIC beschleunigte das Verfahren ganz erheblich. Der Chip konnte eine Million Messkurven pro Sekunde erfassen, wodurch die Wahrscheinlichkeit deutlich stieg, dass ein Ingenieur den Glitch, nach dem er suchte, tatsächlich zu sehen bekam. Denn auch, wenn er in Hardware implementiert ist, kann der Zonentrigger das interessierende Signal nur so schnell heraussuchen, wie das Oszilloskop es erfassen kann.

Der Chip wurde erstmals in den Oszilloskopen der »InfiniiVision 4000 X«-Serie eingesetzt, die Ende 2013 eingeführt wurde. Die Kombination des kapazitiven Touchscreens mit dem hardwarebasierten Zonentrigger macht es einfach, auf einzelne Signale zu triggern. Der Anwender muss lediglich einen Kasten um die Signale zeichnen, die ihn interessieren. Die Oszilloskope der 4000-X-Serie erstellen dann den zugehörigen Maskentrigger selbsttätig.

Mit einem Touchscreen kann man einen Trigger setzen, indem man einfach auf die betreffende Stelle zeigt. Genau das wollte der anfangs erwähnte Kunde gern haben. Mit dieser Methode lassen sich einfach gezielt Phänomene herausziehen, die man nur selten zu sehen bekommt. Um das umzusetzen, mussten allerdings drei Entwicklungen zusammenkommen: Der hardwarebasierte InfiniiScan-Zonentrigger und der kapazitive Touchscreen sind die offensichtlichen Neuerungen, aber ohne die schnellen Bildschirmaktualisierungsraten des ASICs MegaZoom IV würde der Anwender nie erfahren, dass da seltene Ereignisse auf der Leitung auftreten.

Der klassische Anwendungsfall ist die Arbeit mit Speicherchips. Dort gibt es einen Takt sowie Lese- und Schreibzugriffe wild durcheinander. Auf dem Bus herrscht zunächst ein gewisses Durcheinander: Signale laufen beim Lesen in die eine Richtung, beim Schreiben in die andere, und das Timing ist jeweils völlig anders. Der Messtechniker greift den Bus ab und sieht alles auf einmal. Also zieht er einen Kasten um ein Detail, das nur bei den Schreibzugriffen vorkommt und – hat nun nur noch die Schreibzugriffe auf dem Schirm.

Über die Autoren:

Markus Stocklas ist Oszilloskopexperte im Vertrieb und Scott Genther ist Chefentwickler der Oszilloskopsparte, beide bei Agilent.

Agilent Messtechnik wird Keysight 

Im September 2013 kündigte Agilent Technologies an, dass es den Geschäftsbereich Elektronische Messtechnik als eigenständiges Unternehmen ausgründen werde. Seit 7. Januar 2014 ist der Name des Spin-offs bekannt: Keysight Technologies. Die Trennung soll Anfang November 2014 vollzogen sein.

Den Namen für ein neues Unternehmen zu finden oder zu erfinden, kann eine echte Herausforderung sein. Der Sinngehalt von »Keysight« leitet sich aus zwei englischen Worten ab, »Key« und »Insight«. Für sich genommen hat »Key« zwei wichtige Bedeutungen: unverzichtbar oder wesentlich beziehungsweise ein Mittel für den Zugang oder Zugriff. »Insight« steht sowohl für die Kraft des Sehens als auch für das Vorstellungs- und Wahrnehmungsvermögen. Verbunden zu Keysight impliziert dieses Kunstwort, die Fähigkeit zu wesentlichen Einsichten und Erkenntnissen. Sie soll dabei helfen, die sich wandelnden Technologiewelten zu verstehen und zu erschließen.

Das Firmenlogo – zu sehen auf dem Titel dieser Ausgabe – zeigt das Motto »Unlocking measurement insights for 75 years«, das sich auf die Herkunft aus dem Jahr 1939 bezieht, als Bill Hewlett und Dave Packard die Testgeräte­firma Hewlett-Packard gründeten. Aus dieser entstand 1999 Agilent, und gegen Ende dieses Jahres wird daraus Keysight. Die Grafik im Logo ist eine stilisierte Wellenform, welche die elektronische Messtechnik repräsentiert.

Unverändert bleibt das Engagement in den Marktsegmenten Kommunikation, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung sowie Industrie, Halbleiter und Computer. Darüber hinaus forschen die Measurement Research Labs, die bereits seit 2010 von den Agilent Labs getrennt sind, weiterhin an den Grenzen der Mess- und Prüftechnik. Unverändert bleibt auch die weltweite Präsenz mit dem großen Vertriebs- und Support-Team.

Es wird aber auch zwei wichtige Unterschiede geben. Erstens wird sich die gesamte Organisation voll und ganz auf die elektronische Messtechnik konzentrieren, zweitens stellt diese klare Ausrichtung sicher, dass die Herausforderungen in der elektronischen Messtechnik auch die Top-Prioritäten des Unternehmens sind.