Digitales Debugging mit einem Mixed-Signal-Oszilloskop

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Zwei Formen der Aufzeichnung bei einem Logikanalysator

Logikanalysatoren unterstützen normalerweise zwei Formen der Aufzeichnung: Timing und State. Die Timing-Aufzeichnung verwendet eine feste Abtastperiode, um den logischen Zustand eines Signals zu erfassen. Dagegen nutzt die State-Erfassung ein Taktsignal aus der zu untersuchenden Schaltung, um zum Zeitpunkt der Taktflanke das zu messende Signal als logisch gültig zu bestimmen. Zusätzlich lässt sich eine Zeitdauer um die Taktflanke definieren, an der das Signal in der Amplitude stabil sein muss (Setup and Hold).

Von diesen beiden Verfahren würde ein MSO normalerweise eine Art Timing-Aufzeichnung verwenden, weil sich durch die hohe Abtastrate mehr Details erfassen lassen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Signal mit Hilfe eines analogen Tastkopfs erfasst wird und somit keine Informationen herausgefiltert werden. Das Signal lässt sich somit für die Analyse durch den Anwender originalgetreu auf dem Bildschirm reproduzieren. Für die Fehlerverfolgung kann das äußerst nützlich sein, ist aber nur so gut wie die Messmöglichkeiten. Um zum Beispiel mehr Details erfassen zu können, ist eine höhere Abtastrate notwendig. Ein MSO mit einer Zeitauflösung von 500 Millionen Abtastungen pro Sekunde (MS/s) kann beispielsweise alle 2 ns einen Messwert erfassen, während bei 16,5 GS/s die Zeitauflösung auf nur 60,6 ps reduziert wird.

Messdaten aufnehmen und verifizieren

Einige MSOs verwenden eine Kombination von zwei Abtastraten: Eine Langsame mit beispielsweise 500 MS/s, um eine Aufzeichnung über eine lange Zeitdauer zu ermöglichen. Die schnelle Abtastrate von 16,5 GS/s zeichnet besonders interessante Bereiche mit einer höheren Auflösung auf. Ein konventionelles Digital-Speicheroszilloskop (DSO) kann Logiksignale als analoge Signalform anzeigen und messen. Im Gegensatz dazu bieten die MSOs den Vorteil, dass sie zusätzlich eine Bus-Unterstützung bieten. Die Signale lassen sich gruppieren und als digitaler Bus dekodieren und anzeigen. Vorteilhaft ist das speziell bei der Verifizierung eines Designs. Einige MSOs können zusätzliche Ereignistabellen erstellen, die den Businhalt entweder in Binär- oder Hex-Code mit Zeitstempel anzeigen, was eine einfachere Timing-Verifizierung ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil einer hochauflösenden Timing-Aufzeichnung ist, dass der Inhalt eines Busses dann in einer vereinfachten Form angezeigt werden kann. Nur der Status zu gültigen Zeiten wird mit Hilfe eines speziellen Takts angezeigt, während die für die Fehlersuche wichtigen Daten erhalten bleiben. Ein Mixed-Signal-Oszilloskop ist immer speziell auf eine digitale Verifizierung entwickelt. Man kann mit den Geräten eine große Anzahl von Eingängen erfassen. Zum Beispiel kann die Tektronix MSO-Serie bis zu 16 parallele oder serielle Busse simultan dekodieren, darunter I²C, SPI, USB, LIN, FlexRay, RS-242/422/485/UART, Ethernet.

Da die Logikschwellen und das Deskew der Eingänge eingestellt werden können, lassen sich Störimpulse mit einem MSO sehr viel einfacher finden. Übersprechen durch eine gleichzeitige Übertragung von digitalen Signalen in parallel verlaufenden Leitungen führt zu falschen Logikaussagen, die mit einem Logikanalysator nur schwer zu erfassen und mit Hilfe eines DSOs schwierig zuzuordnen sind. Mit einem MSO lassen sich Signale erfassen und messen, die eine viel einfachere Korrelation digitaler Übergänge zu störendem Übersprechen zeigen, was zufällige und analog-ähnliche Eigenschaften betrifft.

Der Einsatz eines MSOs in einer Mixed-Signal-Umgebung macht die Verifizierung von korrelierten analogen und digitalen Daten viel einfacher, selbst wenn viele Millionen Messwerte erfasst werden. Das kann dabei helfen, einen Analog-Digital-Wandler zu überprüfen.

Mit Hilfe von effektiven Analysefunktionen der erfassten Daten kann diese Aufgabe, die bisher viele Stunden dauerte, jetzt in Sekunden erledigt werden. Auch die Suche nach Analogwerten ist möglich, die sich bestimmten digitalen Merkmalen wie Flanken, Pulsweiten, Runts, Setup-/Hold-Verstöße, Anstiegs-/Abfallzeiten und sogar Busdatenwerten zuordnen lassen.

* Hailey Percival ist für das technische Marketing der Einsteiger- und Aufsteigerklasse bei Tektronix zuständig.

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