Les interfaces série haut débit transmettent souvent des données avec une signalisation différentielle et les sondes différentielles peuvent être utilisées pour accéder aux traces des signaux. En plus des entrées différentielles, ces sondes possèdent une connexion de mise à la terre.
Une question important lors de la connexion des sondes modulaires multi-modes R&S®RT‑ZMxx est de savoir si oui ou non on relie la terre de la sonde (GND) au dispositif sous test (DUT).
L'oscilloscope haute performance R&S®RTP est une solution tout en un idéale pour le test des interfaces numériques haut débit. Les sondes modulaires R&S®RT-ZMxx, associées à une large gamme de pointes de sondes (R&S®RT-ZMAxx) et d'accessoires, peuvent vous aider à accéder facilement aux signaux des données et à relever les défis de connexions mécaniques et électriques, pour avoir une confiance accrue en la mesure.
Figure 1 : Pointe de sonde à souder R&S®RT-ZMA10
Lors du test d'interfaces numériques haut débit, la connexion du circuit est cruciale pour les mesures. Vous devez d'abord décider d'analyser un signal de données du dispositif hôte (ou inversement) ou de tester la conformité. Lors de l'analyse d'un signal de données du dispositif hôte, une sonde R&S®RT-ZM160 peut être utilisée pour prélever le signal en direct. Le test de conformité nécessite un montage de test conforme aux normes qui puisse accéder au signal en utilisant un équipement standard 50 Ω (câble, connecteur, …).
Cette carte d'application montre l'analyse du signal de données pour un lecteur flash mémoire classique USB 3.2 de génération 1. Après la vérification de tous les paramètres, tels que la bande passante, la fenêtre de tension d'utilisation et la charge, prenez la R&S®RT-ZM160 et une pointe de sonde R&S®RT-ZMA10 puis soudez la pointe de sonde (voir Figure 1) avec P, N, GND de l'interface USB sur le lecteur flash mémoire (port TX), et connectez le lecteur flash à un ordinateur de bureau.
Figure 2 : Pattern de l’œil du signal différentiel après la connexion de P, N, GND
Vérifiez d'abord l'intégrité du signal différentiel (mode DM) avec un test de la pattern de l’œil (voir Figure 2). La pattern de l’œil révèle ici quelques défauts. L'œil a une gigue élevée même si le dispositif est bien connecté au transmetteur, le facteur Q est faible, tandis que le signal différentiel présente un décalage et n'est pas symétrique autour de 0 V.
Commencez par analyser le problème DC et découvrez pourquoi le bias apparaît sur le signal différentiel. Réglez une largeur de déclenchement (1 ns) afin de capturer cinq bits de même polarité pour le caractère SKP (K28.1) se produisant fréquemment. Maintenant, les traces pour le différentiel, le mode commun, p et n seront acquis (voir Figure 3). La sonde et une mesure moyenne pour le signal en mode commun ont été activées pour tester les paramètres DC.
Figure 3 : Séparation du signal au sein des parties différentielle (R1), mode commun (R2), P (R3), et N (R4) (
Vous pouvez remarquer que les traces p et n sont à peu près symétriques à la trace en mode commun. Cela soulève deux questions. Tout d'abord, si p et n sont symétriques autour d'une valeur DC (signal CM en vert), la trace différentielle devrait être symétrique autour de 0 V, car la valeur DC est annulée. Ensuite, la valeur en mode commun (6 mV) de la sonde et la valeur (137 mV) de la mesure moyenne pour le signal en mode commun ne correspondent pas. Avec cela à l'esprit, revisualisez le circuit entier au-delà des traces haut débit habituelles. Inclure les connexions d'alimentations (voir Figure 4) peut être utile en utilisant un multimètre numérique afin de vérifier la résistance entre le blindage USB facilement accessible et la terre de l'oscilloscope inférieure à 10 mΩ avec une sonde déconnectée.
L'ordinateur, le lecteur flash USB et l'oscilloscope doté de la sonde R&S®RT-ZM sont illustrés sur le schéma du circuit équivalent (voir Figure 4). La tension d'alimentation pertinente, par exemple la tension du bus USB (VDD 5 V), est indiquée avec les connexions RX et TX haut débit de l'USB. Les valeurs de résistance de la trace d'alimentation sont introduites (RE, Rblindage, RT, RC) avec les tensions d'alimentation.
REcorrespond à la charge résistive de la terre de protection (< 10 mΩ). Rblindageest la résistance du blindage du câble de la sonde (environ 30 mΩ). RTest la résistance de la trace hôte (max. 167 mΩ) et RCest la résistance du connecteur couplé (max. 30 mΩ). RTet RCsont stipulés dans les spécifications de l'USB 3.2 au chapitre 11.4.2 (voir tableau ci-dessous). RT, RCavec REet Rblindageconstituent un diviseur de courant pour le courant de terre au sein du lecteur flash USB lorsque la connexion de terre marquée en bleu dans la pointe de sonde est connectée. Dans ce qui suit, l'influence du réseau est estimée et la mise en œuvre est supposée avoir un tiers de la valeur maximale pour les spécifications RTet RC. Cela signifie que les valeurs sont presque celles des résistances REou Rblindage.
Un courant DC significatif est marqué comme IVDDet circule sur le blindage coaxial de la sonde. En supposant qu'un courant d'alimentation de 500 mA soit extrait des données du lecteur USB, le courant à travers la sonde et l'oscilloscope est estimé à 300 mA, engendrant une chute IR de 9 mV sur le blindage du câble de la sonde.
Puisque l'amplificateur dans la pointe de sonde est référencé à la terre locale et l'entrée de l'oscilloscope à la terre commune, la différence de potentiel entre la pointe et le châssis est de 9 mV. Cela peut paraître infime, mais la sonde atténue à 10:1 ou 2:1 selon l'échelle verticale. Ici, le logiciel multiplie toutes les tensions des ports d'entrée avec une sonde connectée, en utilisant l'atténuation réciproque et la différence de 9 mV devenant 90 mV avec une atténuation 10:1.
Cet effet est apparent dans le signal différentiel, car le signal est converti du signal différentiel vers un signal à terminaison unique dans l'amplificateur de la pointe de sonde, avec la référence à la terre locale de la sonde et le décalage de potentiel de 9 mV ajouté ensuite.
L'autre effet provenant du convertisseur analogique / numérique (CAN) dans le trajet du signal de l'oscilloscope étant référencé à la terre commune, alors que le CAN dans la sonde est référencé à la terre locale du DUT, créant la différence observée dans la tension en mode commun (6 mV versus 137 mV).
| Résistance maximale de l'alimentation USB | ||
|---|---|---|
| Résistance de la trace hôte | RT | 167 mΩ |
| Résistance du connecteur couplé | RC | 30 mΩ |
| Résistance du câble | RW | 190 mΩ |
Figure 5 : Pattern de l’œil pour un signal différentiel après la suppression de la connexion GND de la pointe de sonde
La solution est simple. Après la vérification de la fiche technique afin de s'assurer que la fenêtre de la tension d'alimentation soit assez large, supprimez la connexion de terre de la pointe de sonde sur le dispositif USB. Plus aucun courant ne circule à travers le blindage et la chute ir n'affectera pas la mesure. La nouvelle pattern de l’œil est satisfaisante : aucun décalage DC et la plupart des paramètres pour la mesure de l’œil sont améliorés (voir Figure 5). La sonde et une mesure moyenne en mode commun (R2) ont dorénavant également des valeurs comparables.
Notez que cette solution est spécifique à la cette configuration. D'autres configurations peuvent ne pas fonctionner avec une terre déconnectée dans la pointe de sonde, en particulier les mesures en mode CM, N, et P. Notez également que cette situation ne correspond pas spécifiquement à la technologie USB. En prenant le même lecteur flash USB et en le connectant à un ordinateur portable ou n'importe quel dispositif auto-alimenté avec la pointe de sonde, la situation sera significativement altérée et une connexion de terre sera nécessaire, car aucune boucle de terre ne sera disponible à partir de la terre protégée.
Cette configuration était principalement perturbée par un courant DC et la charge inductive provenant de la ligne d'alimentation n'était pas prise en considération mais pouvait être un problème dans d'autres configurations.
L'oscilloscope R&S®RTP et une sonde modulaire, telle que la R&S®RT-ZM160 est excellent pour le prélèvement et l'analyse de signaux numériques haut débit. De plus, la combinaison peut être utilisée pour déboguer des sauts de lignes et des boucles de terre avec la sonde et des modes de sonde qui peuvent commuter des signaux différentiels aux signaux en mode commun. Il n'y a aucune solution universelle, vous devez examiner les problèmes de la configuration de la terre sur la base d'un cas d'étude, puis effectuer les étapes nécessaires pour trouver la bonne solution à vos besoins.
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