Compensación en tiempo real con el R&S®RTP

Su misión

Verifique el rendimiento real de su diseño y reduzca al mismo tiempo el impacto de la trayectoria de la señal, la sonda, los cables y otros accesorios utilizados para medir la señal.

Tanto si lleva a cabo la depuración de una interfaz de alta velocidad como, por ejemplo, DDR o PCIe, la caracterización de una señal rápida de reloj o el análisis de una señal de radiofrecuencia compleja, desea ver las señales reales y no señales espurias de la configuración de test como, por ejemplo, la carga o las reflexiones. El proceso de eliminar efectos de la trayectoria de la señal que no son ideales (atenuación, sesgo, carga, etc.) se denomina compensación.

Para eliminar esta distorsión en un osciloscopio en tiempo real se precisa, por lo general, un filtro con una respuesta que compensará los efectos de la trayectoria de la señal. Este filtro se aplica a una forma de onda con la expectativa de que la calidad de la señal mejore (por ejemplo, aumento de la altura de ojo, tiempo ascendente más rápido o eliminación de la reflexión).

Lamentablemente, este enfoque presenta varios problemas potenciales.

• Puesto que cualquier ganancia de la respuesta del filtro es de banda ancha y aumentarán tanto la señal como los niveles de ruido, resulta fundamental seleccionar el ancho de banda del sistema adecuado (atenuación del ruido fuera de la banda).
• En muchos casos, el uso de una longitud del filtro más corta puede contribuir a mejorar el tiempo de procesamiento, pero esto ha significado siempre un intercambio con una precisión inferior debido a una longitud del filtro más corta.
• La corrección del punto de disparo en el posprocesamiento es lenta (solo lenta). Solo se puede corregir la sincronización por flanco (no el ancho de impulso, etc.) para correlacionar una señal de disparo (sin corregir) con la señal definitiva (compensada), ya que el filtro de software solo se aplica una vez que el alcance ha disparado y almacenado en la memoria los datos de la forma de onda. Lo que el sistema de disparo ve y lo que se muestra en pantalla puede que no coincida con lo que hace la corrección de posprocesamiento. Esta diferencia puede resultar más significativa a medida que aumente la frecuencia de las señales.

Solución de test y medida

Arquitectura de compensación en tiempo real

El osciloscopio de alto rendimiento R&S®RTP se ha diseñado para dar respuesta a estas desventajas y ofrecer una solución de compensación sencilla y rápida. Múltiples vistas de respuestas de frecuencia de los elementos individuales del circuito, así como las respuestas del sistema global, ayudan a optimizar el ancho de banda y a asegurar una amplificación mínima del ruido.

En el R&S®RTP, el filtro de compensación se implementa en el hardware, directamente después del convertidor A/D. Este procesamiento en tiempo real de los datos de la forma de onda asegura una frecuencia de actualización máxima incluso cuando el filtro está aplicado. Tanto si se dedica a la resolución de problemas de un error de protocolo o a la monitorización de un diagrama de ojo, con un sistema de medida rápido y ágil se asegurará de no perderse ningún detalle importante.

Compensación de trazas de señales en cascada

Una estructura típica para efectuar medidas en una interfaz diferencial de alta velocidad puede consistir en un juego de cables de la fase correspondiente, además de adaptadores y un accesorio de fijación. Los cables, adaptadores y otros accesorios se moldean como parámetro S de dos puertos, mientras que un accesorio puede ser un parámetro S de dos puertos o de cuatro puertos. La aplicación de compensación gestiona a la perfección el proceso de parámetros S en cascada, mientras tiene en cuenta la carga de entrada/salida de cada bloque.

Capacidades de disparo superiores y resultados de integridad de la señal rápidos

El paso final de la compensación es crear un filtro que, a continuación, se aplicará a la señal que se está midiendo. En el caso del R&S®RTP, el filtro de compensación está disponible para el disparador digital y el sistema de adquisición de alto rendimiento. De este modo surge el primer disparador de compensación de la industria, ya que es posible disparar sobre la señal corregida exacta que se está observando. La compensación basada en hardware agiliza también el procesamiento crítico de formas de onda, lo que se traduce en la velocidad de actualización del diagrama más rápida (hasta 1000 veces más rápida en comparación con otros instrumentos).

Aplicación

Mejora del margen de ojo

Una de las preguntas que más habitualmente se plantean los ingenieros de diseño y test es: ¿Cuál es el rendimiento real de mi diseño? En otras palabras: ¿Cómo saber si la medida refleja el rendimiento actual o si los resultados están influenciados en cierto modo por la carga del equipo de test, las reflexiones de los conectores, la pérdida del cable o un conjunto de otras deficiencias relacionadas con el equipo de test? Si se conocen estas deficiencias, es posible recuperar el margen de diseño utilizando técnicas de compensación. A pesar de que es recomendable utilizar siempre cables de alta calidad y de la fase correspondiente, resulta más sencillo ver el rendimiento real de un diseño gracias a rutinas de compensación incorporadas que compensan la carga de la sonda, la pérdida de los cables de retorno/inserción, adaptadores y accesorios e incluso la etapa de entrada del osciloscopio.

En las dos capturas de pantalla se muestra una señal de alta velocidad medida con un cable corto (forma de onda amarilla) y un cable largo (forma de onda verde). El cable largo se compensa y se compara con la respuesta del cable corto, que en este ejemplo es la referencia ideal. Fíjese que la mayoría del margen que se ha perdido de la pérdida del cable se recupera mediante el margen mejorado del ojo.

Análisis de señales de radiofrecuencia

Los diseñadores de radiofrecuencia se enfrentan continuamente al reto de diseñar técnicas de modulación más complejas a frecuencias y anchos de banda más elevados. Cada elemento dentro de la trayectoria de una señal afecta al rendimiento de medida de radiofrecuencia global. Los cables, acopladores, atenuadores y otros accesorios contribuyen a efectos de la trayectoria de la señal no ideales como, por ejemplo, la distorsión, la pérdida de retorno y el error de fase.

La atenuación dependiente de la frecuencia de una traza larga es, por lo general, una de las principales fuentes de problemas de relación señal/ruido. Incluso un componente tan sencillo como un atenuador fijo puede añadir distorsión y degradar la señal más de lo esperado. La traza de un atenuador, cable o PCB se puede compensar fácilmente utilizando técnicas de compensación.

Disparo y decodificación serie de señales compensadas

Para detectar la causa raíz de un problema de diseño se empieza por lo general reproduciendo el problema y aislándolo con un disparador. El disparo y decodificación de protocolos de alta velocidad se convierte en una herramienta indispensable a la hora de correlacionar la actividad eléctrica y de la capa de protocolo. Mejorando la calidad global de la señal (por ejemplo, mediante compensación) es posible asegurar la fiabilidad del decodificador de protocolos de un osciloscopio.

La clave del aumento de la fiabilidad del disparador es el aumento de la amplitud de la señal y unas características de señalización mejoradas globalmente que facilitan en gran medida la detección de bits y símbolos por parte del sistema de disparo y decodificación. Las arquitecturas de osciloscopio tradicionales incluyen, por lo general, una opción de eliminación de disparo, lo que significa que la señal compensada mostrada (corregida mediante software) no coincide con la señal no procesada vista por el circuito de disparo. Con el R&S®RTP, el sistema de disparo y adquisición comparten la misma trayectoria, de modo que lo que es lo que está disparando. De este modo, el disparo resulta mucho más fiable, incluso en el caso de los buses serie más complejos.

Como ejemplo, una señal USB3.0 Gen1 se analiza en el extremo más alejado de un canal donde la pérdida de señal es superior, pero inevitable debido a las limitaciones mecánicas. Sigue siendo posible decodificar la actividad del protocolo, pero determinados datos pueden parecer corruptos o desincronizados debido a la histéresis o a las diferencias de nivel.

La decodificación serie resulta más fiable y consistente cuando se aplica total o parcialmente la compensación de pérdida del canal.

USB3.0 Gen1 después de la compensación

Optimización de test de interfaz DDR

Otro reto en cuanto a integridad de la señal que se facilita con la compensación es la eliminación de la reflexión, por ejemplo, para la verificación de sistemas de memoria DDR; el acceso a la señal está disponibles, por lo general, mediante sondeo directo de una vía cercana, patilla u otro punto de acceso. El uso de una bobina de interposición entre componentes puede facilitar en gran medida el acceso a la señal y exponer al mismo tiempo señales relevantes encaminadas desde los contactos matriz de rejilla de bolas (BGA, por sus siglas en inglés). Tras compensar la bobina de interposición, se elimina la atenuación de la señal del accesorio, así como las reflexiones causadas por cualquier desajuste en la impedancia.