Compensação em tempo real com o R&S®RTP

Sua tarefa

Verificar o verdadeiro desempenho do seu projeto ao mesmo tempo em que reduz o impacto do caminho do sinal, da sonda, dos cabos, dos adaptadores e de outros acessórios usados para medir o sinal.

Não importa se você está depurando uma interface de alta velocidade, como DDR ou PCIe, caracterizando um clock rápido ou analisando um sinal de RF complexo. O que você quer é ver o sinal verdadeiro, e não artefatos da configuração para testes, como cargas ou reflexões. O processo de remover efeitos não ideais do caminho do sinal (atenuação, desvio, carga, etc.) é chamado de compensação.

Remover essa distorção em um osciloscópio em tempo real costuma exigir um filtro com uma resposta que neutralize os efeitos do caminho do sinal. Este filtro é aplicado a uma forma de onda na expectativa de melhorias na qualidade de sinal, como maior altura do olho, tempo de subida menor ou remoção uma reflexão.

Infelizmente, essa abordagem traz alguns problemas em potencial:

• Como qualquer ganho da resposta do filtro está em banda larga e vai aumentar os níveis de sinal e ruído, é decisivo selecionar a largura de banda apropriada para o sistema (atenuação de ruído fora da banda).
• Em muitos casos, usar um filtro menor pode ajudar a melhorar o tempo de processamento, mas isso sempre significou a diminuição da precisão como consequência.
• A correção do ponto de trigger após o processamento é lenta (somente lenta). Apenas o tempo de borda pode ser corrigido – e não largura de pulso, etc., para correlacionar um sinal de disparo (não corrigido) com o sinal final (compensado), uma vez que o filtro de software só é aplicado depois que o osciloscópio realiza o trigger e armazena os dados da forma de onda na memória. O que o sistema de disparo vê e aquilo que é exibido na tela podem não corresponder ao que a correção pós-processamento faz. Esta diferença pode se tornar mais significativa à medida que os sinais aumentam de frequência.

Solução de teste e medição

Arquitetura de compensação em tempo real

O osciloscópio de alto desempenho R&S®RTP foi desenvolvido para evitar essas concessões e oferecer uma solução simples e rápida de compensação. Exibições de múltiplas respostas em frequências dos elementos individuais do circuito, bem como as respostas gerais do sistema, ajudam a otimizar a largura de banda e garantir a amplificação mínima de ruído.

No R&S®RTP, o filtro de compensação é implementado no hardware diretamente após o conversor A/D. Esse processamento em tempo real dos dados da forma de onda garante a taxa de atualização máxima, mesmo quando o filtro é aplicado. Seja solucionando um erro de protocolo ou monitorando um diagrama de olhos, um sistema de medição rápido e responsivo garante que você não perca nenhum detalhe decisivo.

Compensação de traços de sinal em cascata

Uma estrutura típica de traço de sinal para testes de interface diferencial de alta velocidade pode consistir em um conjunto de cabos de fases compatíveis, adaptadores e um adaptador para testes. Cabos, adaptadores e outros acessórios são modelados na forma de um parâmetro S de duas portas, enquanto um adaptador pode ser um parâmetro S de duas ou de quatro portas. A aplicação de compensação gerencia perfeitamente o processo de cascateamento de parâmetros S, ao mesmo tempo em que lida com o carregamento de entrada/saída de cada bloco.

Recursos superiores de trigger e resultados mais rápidos de integridade de sinal

A última etapa da compensação é criar um filtro a ser aplicado ao sinal que está sendo medido. Para o R&S®RTP, o filtro de compensação está disponível para o trigger digital e para o sistema de aquisição de alto desempenho. Isso possibilita o primeiro trigger de compensação do setor, uma vez que é possível fazer o trigger no sinal exato corrigido que você observar. A compensação baseada em hardware também acelera o processamento decisivo da forma de onda, por exemplo, gerando a mais alta taxa de atualização do diagrama de olhos – até 1.000 vezes mais rápido do que outros instrumentos.

Aplicação

Melhorar a margem de olhos

Uma das perguntas mais comuns que os engenheiros de projeto e de teste fazem é: qual é o real desempenho do meu projeto? Em outras palavras, como saber se a medição reflete o desempenho real ou se os resultados são influenciados pelo carregamento do equipamento de teste, reflexões do conector, perda por cabos ou um host de outras deficiências do equipamento de teste. Com essas deficiências conhecidas, é impossível recuperar a margem de projeto utilizando técnicas de compensação. Embora seja recomendável sempre usar cabos de alta qualidade e de fases compatíveis, observar o verdadeiro desempenho de um projeto fica mais fácil com rotinas de compensação integradas que neutralizam o carregamento da sonda, perda por retorno/inserção de cabos, adaptadores e inclusive o front-end do osciloscópio.

As duas capturas de tela mostram um sinal de alta velocidade medido com um cabo curto (forma de onda amarela) e um cabo longo (forma de onda verde). O cabo longo é compensado e comparado à resposta do cabo curto que, neste exemplo, é a referência ideal. Observe que a maior parte da margem perdida a partir da perda por cabo é recuperada por meio da melhoria da margem de olho.

Análise de sinais de RF

Os desenvolvedores de RF são continuamente desafiados a projetar usando técnicas de modulação mais complexas em frequências e larguras de banda maiores. Cada elemento de um caminho de sinal afeta o desempenho geral da medição de RF. Cabos, acopladores, atenuadores e outros acessórios contribuem para efeitos não ideais do caminho de sinal, como distorção, perda por retorno e erro de fase.

A atenuação dependente de frequência de um traço longo costuma ser uma das principais fontes de problemas de sinal-ruído. Mesmo um componente simples, como um atenuador fixo, pode acrescentar distorção para causar no sinal uma degradação maior que a esperada. Um atenuador, um cabo e um traço de PCB podem ser facilmente neutralizados por meio de técnicas de compensação.

Trigger e decodificação serial de sinais compensados

Encontrar a causa principal do problema de um projeto normalmente começa com a reprodução do problema e com o isolamento dele com um trigger. O trigger e a decodificação de protocolo em alta velocidade tornam-se ferramentas indispensáveis para correlacionar as atividades elétricas e a camada de protocolo. Garantir a confiabilidade de um decodificador de protocolo de osciloscópio é possível com a melhora da qualidade geral de sinal, por exemplo, por meio da compensação.

Para a confiabilidade de aprimorada de trigger, é essencial obter uma maior amplitude de sinal e melhores características gerais de sinalização que facilitam significativamente a detecção de bits e ícones para o sistema de trigger e decodificação. As arquiteturas tradicionais de osciloscópio incluem um pickoff de disparo, o que significa que o sinal compensado exibido (software corrigido) não corresponde ao sinal bruto visto pelo circuito de disparo. Com o R&S®RTP, os sistemas de trigger e aquisição compartilham o mesmo caminho, sendo assim, o que você vê é o que está sendo disparado. Isso torna o triggering muito mais confiável, mesmo para os barramentos seriais mais complexos.

Por exemplo, um sinal de USB 3.0 Gen1 é sondado na extremidade de um canal onde a perda por sinal é maior, mas inevitável, devido às restrições mecânicas. Ainda é possível decodificar a atividade de protocolo, mas alguns dados podem aparecer corrompidos ou dessincronizados devido à histerese ou às diferenças de nível.

A decodificação serial é mais confiável e consistente quando toda a neutralização da perda por canal, ou parte dela, é aplicada.

USB 3.0 Gen1 após a compensação

Otimização dos testes de interface DDR

Outro desafio da integridade de sinal facilitado pela compensação é a remoção de reflexão. Por exemplo, para a verificação de sistemas de memória DDR, o acesso ao sinal costuma estar disponível tanto por meio da sondagem direta de uma via próxima, quanto de um pino ou outro ponto de acesso. O uso de um interpositor de componente pode facilitar significativamente o acesso ao sinal, expondo, ao mesmo tempo, os sinais relevantes que são roteados a partir dos contatos da matriz de esferas de solda (BGA). Depois de compensar o interpositor, isso remove a atenuação de sinal do adaptador, bem como as reflexões causadas por qualquer diferença de impedância.