Analyse von Augendiagrammen – Wichtig ist der Taktrekonstruktions-Algorithmus FlexRay-„Augen“ unter der Lupe

Besonders in der Automobilindustrie, wo viele Bus-Architekturen gerade vom CAN mit 500 kbit/s auf den 20-mal schnelleren FlexRay mit seinen 10 Mbit/s umgestellt werden, bekommt das Thema Signalintegrität einen neuen Stellenwert.

Analyse von Augendiagrammen – Wichtig ist der Taktrekonstruktions-Algorithmus

Besonders in der Automobilindustrie, wo viele Bus-Architekturen gerade vom CAN mit 500 kbit/s auf den 20-mal schnelleren FlexRay mit seinen 10 Mbit/s umgestellt werden, bekommt das Thema Signalintegrität einen neuen Stellenwert.

Eine optimale Signalintegrität, also die möglichst unverfälschte Übertragung der Digitalsignal-Kurvenformen auf einem Bus, überprüft der Messtechniker meist mit einem Oszilloskop, auf dem er die so genannten „Augendiagramme“ darstellt. Dies sind aus vielen Abtastungen gesammelte und durch den Oszilloskop-Prozessor visuell „übereinandergelegte“ High-Low-Pegelwechsel, die das Bild eines „Auges“ ergeben (Bild 1). Die Analyse solcher Augendiagramme ergibt ein Gesamtbild bezüglich Signalintegrität und auch bezüglich Jitter, also der Timing-Ungenauigkeiten bei den High-Low-Übergängen.

Bei Seriell-Bus-Signalen, bei denen der Takt im Datensignal steckt, wie etwa bei FlexRay, werden diese Augendiagramme mit Oszilloskopen erfasst, die mit Hilfe einer speziellen Software den Takt aus dem Datensignal rekonstruieren. Mit Hilfe des rekonstruierten Takts wird die digitalisierte Kurve dann in Bitsegmente zerlegt, die man zu einem Augendiagramm übereinanderprojiziert (oder „übereinanderfaltet“). Man nennt diese Art der Messung „Echtzeit-Auge“. Mit diesem Ansatz kann man nun Augendiagramme, die man früher über wiederholte Triggerung auf ein Taktsignal erzeugt hat, auch aus Einzelmessungen eines Oszilloskops erstellen.

Wenn man einen solchen Test durchführt, bei dem ein Fehler zum Abbruch führt, kann man sich hinterher bei manchen Oszilloskopen die Kurve mit dem Fehler anzeigen lassen. Auf diese Weise lässt sich der genaue Ort der Maskenverletzung im FlexRay-Frame lokaliseren. Bild 4 zeigt einen FlexRay-Maskentest „Abbruch bei Fehler“ auf Testebene 1 (TP1), der mit einem rekonstruierten Taktsignal arbeitet. Der Test deckte ein seltenes, aber schwerwiegendes Timing-Problem im synchronen Testsystem auf. Der Timing-Fehler trat auf in einem 10 Mbit/s-FlexRay-System nach der Erfassung von 7000 FlexRay-Zyklen (3 ms Zykluszeit) oder mehr als 14 Mio. Bitzeiten (zu 100 ns). Der Test lief bis zu diesem Fehler etwa 1 Stunde und 45 Minuten.