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Was Labor-Oszilloskope können müssen

3. Dezember 2008, 12:03 Uhr | Adreas Grimm

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Messdisziplin serielle Bussignale

Bei diesem Thema muss man eine Unterscheidung vornehmen, ob es sich um allgemeine Low-Speed-Busse handelt wie I²C, SPI oder FlexRay etc. von wenigen kbit/s bis zu 10 Mbit/s Übertragungsrate oder um serielle High-Speed-Links wie USB 2.0 oder PCI-Express mit 480 Mbit/s beziehungsweise 2,5 Gbit/s. Bei Low-Speed-Bussen sollte das Oszilloskop in der Lage sein, auf diese Protokolle zu triggern, zu decodieren und in seinem tiefen Speicher viele Hunderte dieser Nachrichten zu erfassen sowie Möglichkeiten der einfachen Navigation bzw. Suche zu bieten. Bei den High-Speed-Links kommen Anforderungen hinzu wie z.B. hohe Bandbreite mit hoher Abtastrate sowie die Möglichkeit, Taktrückgewinnung und Augendiagramm-Darstellung mit entsprechenden Parametern und Maskentests zu realisieren.

Oftmals ist die Anbindung an FPGAs und natürlich von Speichern an einen Mikrocontroller über parallele Busse realisiert. Diese haben im Allgemeinen eine Bus-Breite bis 32 bit und meist Taktfrequenzen bis 100 MHz. Diese große Anzahl von Signalen zu überprüfen, war üblicherweise eine Aufgabe von Logikanalysatoren. Durch die konsequente Weiterentwicklung von Mixed-Signal-Oszilloskopen, also Oszilloskopen, die neben den analogen Eingängen auch noch über digitale Eingänge verfügen, können auch diese Messaufgaben von einem entsprechend ausgestatteten Oszilloskop übernommen werden. Es sollte über mehr als 16 oder 32 digitale Eingänge verfügen, da bei jedem digitalen Bus auch noch andere digitale Signale wie „Write Enable“ oder „Chip Select“ erfasst werden müssen.

Eine der kritischsten Aufgabe ist es, zu überprüfen, ob die einem digitalen System zugrundeliegende Takt-Erzeugung und -Verteilung korrekt ist. Am einfachsten ist noch die Frage zu klären, ob die Taktfrequenz stimmt und innerhalb der geforderten Toleranzen liegt. Hierzu dient auch oft ein Spektrumanalysator, um das Verhalten im Frequenzbereich zu untersuchen. Da die Optimierung des Energiebedarfs eine immer größere Rolle spielt, muss aber auch überprüft werden, wie sich das System mit veränderlichen Taktfrequenzen verhält oder auch, ob es aus einem Energiesparmodus wieder korrekt hochfährt.

Um alle diese Aufgaben erledigen zu können, sollte das Oszilloskop über einen tiefen Speicher und Jitter- und Timing-Mess-Tools wie Histogrammdarstellung, Parametermessung über den gesamten Erfassungsspeicher und auch über spezielle Anzeigeoptionen verfügen, die z.B. die Regelung einer PLL visualisieren. Dazu kommt natürlich eine Fast-Fourier-Transformation, die die Ansicht der Signale im Frequenzbereich erlaubt.

Fasst man jetzt alle in den vorigen Abschnitten genannten Messdisziplinen zusammen, so hat man das, was heutzutage der Begriff „allgemeine Messaufgaben“ in der Entwicklung umschreibt. Es ist also letztlich eine vielfältige Mischung aus analogen Signalen, digitalen parallelen und digitalen seriellen Bussen und Taktschaltungen.

Vor wenigen Jahren noch musste man auf diese Anforderungen mit einem ganzen Gerätepark von Messgeräten antworten, angefangen von einem einfachen Labor-Oszilloskop für die analogen und einfachen digitalen Messprobleme über ein spezielles High-Speed-Oszilloskop für die schnellen seriellen Datenbusse und Jittermessungen und über einen Logikanalysator für die parallelen Bussysteme bis hin zum Spektrumanalysator für Untersuchungen der Takte und anderer digitaler Signale im Frequenzbereich.

Daraus kann man eine Checkliste erstellen, welche typischen Eigenschaften notwendig sind, um für alle diese Aufgaben gewappnet zu sein: