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Labormesstechnik

Grundlagen der Signalintegrität

5. Juni 2014, 7:16 Uhr | Dean Miles, Technical Marketing Manager, Tektronix

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Probleme in analogen Schaltungsbereichen

Betrachten wir nun die Isolierung analoger Abweichungen. Viele digitale Probleme lassen sich einfacher erkennen, wenn das Signalverhalten mit Hilfe einer analogen Darstellung des fehlerhaften Digitalsignals genauer untersucht werden kann. Obwohl das Problem auf den ersten Blick als falsch positionierter digitaler Puls erscheint, ist die Ursache häufig auf die analoge Charakteristik zurückzuführen. So kann ein Signal mit einer zu kleinen Amplitude falsche logische Zustände ergeben oder langsame Anstiegszeiten eine zeitliche Verschiebung von Pulsen zur Folge haben. Die Darstellung eines digitalen Puls-Streams mit einer parallelen analogen Darstellung der Pulse ist der erste Schritt, um derartige Probleme ausfindig zu machen. Normalerweise werden Oszilloskope verwendet, um die Ursache von Signalintegritätsproblemen über eine Analyse der analogen Charakteristik eines Signals zu identifizieren. Diese Geräte können Signal-Details, Flanken und Störungen darstellen, aber auch Transienten erfassen und anzeigen. Mit den leistungsfähigen Trigger- und Analyse-Funktionen eines Oszilloskops lassen sich analoge Abweichungen erkennen, so dass der Entwicklungsingenieur die Fehler verursachenden Bauteil-Probleme finden kann. Für Bauteile mit nur wenigen digitalen Verbindungen stellt ein Mixed-Signal-Oszilloskop (zum Beispiel die Oszilloskope der Serie MSO70000 von Tektronix) sowohl analoge als auch digitale Messfunktionen zur Verfügung. Das ermöglicht eine parallele Analyse beider Domänen mit einem Instrument. Mit den digitalen und analogen Kanälen eines MSOs können viele Punkte eines Designs gleichzeitig überwacht werden. Dadurch erhält der Entwicklungsingenieur bei der Fehlersuche einen Einblick in sein Design auf Systemebene. Kommt beispielsweise der Störimpuls auf einem Signal zur gleichen Zeit wie eine ansteigende Flanke auf einem anderen Signal, dann kann dies auf ein Signalübersprechen hinweisen. Das Verständnis derartiger Zusammenhänge kann beim Debugging eines Digitalsystems entscheidend sein. Manche leistungsfähige MSOs beinhalten fortschrittliche Trigger-Funktionen, mit denen die Digitalkanäle des MSO genutzt werden können, um analoge Trigger zu aktivieren. Das MSO sucht zuerst nach einem digitalen Pattern und aktiviert dann den analogen Trigger, so dass nur die wichtigen Signaländerungen erfasst werden. Bei sehr schnellen Signalen können sogar Tastköpfe mit geringer Kapazität das Signal stark belasten und somit die Messung verfälschen. Leistungsfähige MSOs vermeiden derartige Probleme durch eine einzigartige Lösung: analoges Multiplexen. Dadurch kann der Entwicklungsingenieur ein Signal über einen Logiktastkopf gleichzeitig in analoger und digitaler Form betrachten. Das minimiert die Belastung durch den Tastkopf, da nur einer angeschlossen ist - ein wichtiger Aspekt bei sehr schnellen Signalen. Ein MSO kombiniert die Funktionalität eines Logikanalysators mit der eines Oszilloskops und ist damit ein leistungsfähiges Tool für die Fehlersuche bei Signalintegritätsproblemen. Bei der Auswahl eines Oszilloskops beeinflussen verschiedene Parameter die Qualität von Signalintegritätsmessungen. Hierzu gehören die Bandbreite, Anstiegszeit, Abtastrate, Signalerfassungsrate, Aufzeichnungslängeund Trigger-Flexibilität.

Beispiele hierzu in den Bildern mit ihren Erläuterungen in der Bildergalerie