Исключение в реальном масштабе времени с помощью R&S®RTP

Измерительная задача

Проверяйте подлинную производительность своего устройства, при этом снижая влияние тракта сигнала, пробника, кабелей, приспособлений и других принадлежностей, используемых для измерения сигнала.

Всякий раз, когда выполняется отладка высокопроизводительного интерфейса, такого как DDR или PCIe, определение характеристик быстрых тактовых сигналов или анализ сложного ВЧ-сигнала, хочется видеть реальный сигнал, а не артефакты схемы измерения, например нагрузку или отражение. Процесс исключения влияния неидеального тракта сигнала (затухания, сдвига фазы, нагрузки и т. д.) называется исключением.

Для исключения этого искажения в осциллографе, работающем в реальном масштабе времени, обычно требуется фильтр с определенной характеристикой, который компенсирует влияние тракта сигнала. Этот фильтр применяется к сигналу с ожиданием повышения качества сигнала, например, с увеличением высоты глазка, ускорением нарастания сигнала и исключением отражения.

К сожалению, у этой концепции есть ряд проблем:

• Так как любое усиление в соответствии с характеристикой фильтра является широкополосным и повышает уровни сигналов и шума, необходимо выбрать соответствующую полосу пропускания системы (для ослабления внеполосного шума).
• Во многих случаях использование меньшей длины фильтра может помочь уменьшить время обработки данных, но это всегда приводит к негативным последствиям с понижением точности из-за уменьшения длины фильтра.
• Коррекция точки запуска при постобработке выполняется медленно (и только медленно). Можно корректировать только пограничную временную характеристику (не длительность импульса и т. д.) для корреляции сигнала запуска с конечным (исключенным) сигналом, поскольку программный фильтр применяется только после запуска осциллографа и сохранения сигнальных данных в памяти осциллографа. То, что обнаруживает система, и то, что отображается на экране, может не соответствовать тому, что происходит во время корректирующей постобработки. Это отличие становится более существенным при повышении частоты сигналов.

Контрольно-измерительное решение

Архитектура исключения цепей в реальном масштабе времени

Высокопроизводительный осциллограф R&S®RTP предназначен для устранения этих негативных последствий и обеспечивает простое и быстрое решение для исключения. Несколько видов АЧХ для отдельных компонентов схем, а также общие системные характеристики помогают оптимизировать полосу пропускания и обеспечивать минимальное усиление шума.

В приборе R&S®RTP фильтр исключения реализован в аппаратном обеспечении сразу же после АЦП. Такая обработка сигнальных данных в реальном масштабе времени обеспечивает максимальную скорость обновления даже при применении фильтра. Быстродействующая чувствительная измерительная система при устранении ошибок протоколов или мониторинге глазковой диаграммы обеспечивает обработку всех важных данных без потерь.

Исключение последовательно подключенных трасс сигналов

Типичная структура трассы сигнала для испытаний высокоскоростных дифференциальных интерфейсов может содержать набор фазосогласованных кабелей, адаптеры и определенное испытательное приспособление. Кабели, адаптеры и другие принадлежности моделируются с помощью двухпортового S-параметра, тогда как приспособление может быть как двухпортовым, так и четырехпортовым S-параметром. Приложение для исключения непрерывно управляет процессом последовательного подключения S-параметров наряду с учетом нагрузки входов/выходов каждого блока.

Превосходные возможности запуска и быстрое получение результатов по целостности сигнала

Последний этап исключения предназначен для создания фильтра, который применяется к измеряемому сигналу. Фильтр исключения в R&S®RTP может применяться для цифрового запуска и высокопроизводительной системы сбора данных. Это впервые обеспечивает возможность запуска с исключением, так как возможен запуск по точному скорректированному сигналу. Аппаратное исключение также ускоряет обработку необходимых сигналов, обеспечивая, например, максимальную скорость обновления глазковых диаграмм (до 1000 раз быстрее по сравнению с другими приборами).

Применение

Увеличение области глазковой диаграммы

Один из чаще всего задаваемых вопросов со стороны разработчиков и испытателей: какова реальная производительность моего устройства? Другими словами — как узнать, отражают ли результаты измерения фактическую производительность или влияют ли на результаты нагрузка испытательного оборудования, отражения на разъемах, потери в кабелях и множество других негативных факторов испытательного оборудования. Зная эти негативные факторы, можно восстановить запас надежности с помощью технологий исключения. Хотя рекомендуется всегда использовать высококачественные фазосогласованные кабели, определение подлинной производительности устройства стало легче благодаря процедурам компенсации, которые компенсируют нагрузку пробников, вносимые/обратные потери в кабелях, адаптерах и приспособлениях и даже входном каскаде осциллографа.

На двух снимках экрана показан высокоскоростной сигнал, измеренный с помощью короткого (желтый сигнал) и длинного кабеля (зеленый сигнал). Сигнал длинного кабеля исключается и сравнивается с характеристикой короткого кабеля, которая в данном примере является идеальным эталоном. Обратите внимание, что большая часть запаса, которая была потеряна из-за потерь в кабеле, восстанавливается за счет увеличения области глазковой диаграммы.

Анализ ВЧ-сигналов

Разработчики ВЧ постоянно сталкиваются с задачами разработки более сложных технологий модуляции на более высоких частотах и более широких полосах пропускания. Каждый элемент в рамках тракта сигнала влияет на общую производительность ВЧ-измерений. Кабели, ответвители, аттенюаторы и другие принадлежности вносят свой вклад во влияние неидеального тракта сигнала, например, искажение, обратные потери и рассогласование по фазе.

Частотно-зависимое ослабление сигнала на длинной трассе обычно является одним из основных источников проблем с отношением сигнал/шум. Даже такой простой компонент, как фиксированный аттенюатор, может вносить дополнительное искажение, приводящее к большему ухудшению сигнала по сравнению с ожидаемым показателем. Влияние аттенюатора, кабеля и трассы на печатной плате можно легко компенсировать с расчетом на применение технологий исключения.

Запуск и декодирование последовательных протоколов исключаемых сигналов

Обнаружение основного источника проблемы с устройством обычно начинается с воспроизведения проблемы и ее локализации с помощью определенного запуска. Высокоскоростные запуск и декодирование протоколов становятся незаменимыми инструментами корреляции электрической деятельности и деятельности на протокольном уровне. Обеспечение надежности декодирования протоколов в осциллографе становится возможным благодаря повышению общего качества сигналов, например, за счет исключения.

Ключевой фактор для улучшения надежности запуска — повышение амплитуды сигнала и общее улучшение характеристик передачи сигналов, которые значительно облегчают обнаружение битов и символов для системы запуска и декодирования. Осциллографы с традиционной архитектурой вносят определенную помеху в сигнал запуска, из-за которой отображаемый исключенный (программно скорректированный) сигнал не соответствует исходному сигналу, который определяется схемой запуска. В приборе R&S®RTP система запуска и система сбора данных работают по одной схеме, поэтому вы видите то, что запускаете. Это обеспечивает гораздо более надежный запуск даже для самых сложных последовательных шин.

Пример: сигнал USB3.0 Gen1 зондируется на дальнем конце канала, на котором потеря сигнала больше, но неизбежна из-за механических ограничений. Декодирование протокольной деятельности по-прежнему возможно, но часть данных может быть повреждена или несинхронна из-за гистерезиса или разницы в уровне.

Декодирование последовательных протоколов становится более надежной и предсказуемой операцией, когда применяется частичная или полноценная компенсация потерь в канале.

USB3.0 Gen1 после исключения

Оптимизация испытаний интерфейсов DDR

Еще одной проблемой с целостностью сигналов, решение которой стало легче благодаря исключению, является устранение отражений, например, для проверки систем памяти DDR; доступ к сигналам обычно обеспечивается посредством прямого зондирования сквозного соединения, контакта или другой точки доступа. Использование компонентного интерпозера значительно облегчает доступ к сигналам наряду с определением соответствующих сигналов, поступающих с контактов массива шариковых выводов (BGA). После исключения интерпозера это приводит к устранению затухания сигнала устройства, а также отражений, возникающих из-за несоответствия импедансов.