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dataTec News

Zeigen, zeichnen, Triggern

Viele moderne Oszilloskope bieten anspruchsvolle Trigger-Bedingungen und Funktionen zur Analyse komplexer, schneller Signale. Leider kostet der Umgang damit oft mehr Zeit und Nerven, als ihr Nutzen rechtfertigt. Hier setzt der in Agilents neuen »InfiniiVision-4000X«-Oszilloskopen integrierte »Zonentrigger« an, ein einfach zu bedienendes Tool zur Erfassung selten auftretender oder intermittierender Signalanomalien und zur Charakterisierung einzelner Impulse in seriellen Datenströmen.

Bei der Fehlersuche in Digitalschaltungen erweist sich das Synchronisieren des Oszilloskops auf selten oder intermittierend auftretende Signalprobleme gelegentlich als schwierig bis unmöglich. In solchen Fällen hilft der Hardware-basierte »InfiniiScan Zonentrigger« der neuen Agilent-Serie »InfiniiVision 4000X« zusammen mit dessen konventionellen Triggermöglichkeiten. Darüber hinaus lassen sich mit dem Zonentrigger auch »gute« Signale charakterisieren, die so komplex sind, dass übliche Verfahren daran scheitern. Nachfolgend beleuchten wir die Funktion des Zonentriggers anhand einiger realer Messbeispiele.

Triggern auf nicht-monotone Flanken

Ein Digitalsignal mit einer diskontinuierlichen oder nicht-monotonen Flanke »stockt« oder weicht während des Anstiegs oder Abfalls zeitweise von der zu erwartenden Richtung ab. Bild 1 zeigt eine solche Flanke, die zufällig und nur sehr selten auftritt. Bei Aktualisierungsraten von bis zu einer Million Kurvenzügen pro Sekunde ist das Problemsignal deutlich zu erkennen, wenn auf eine beliebige saubere ansteigende Flanke des digitalen Impulszuges getriggert wird. Aufgabe ist es jetzt, auf genau dieses Signal mit der eigenartigen Anomalie zu triggern und nicht die guten Impulse mit den sauberen Flanken darzustellen. Wenn das gelingt, kann man sich mit einem anderen Tastkopf auf die Suche nach Signalen im System machen, die mit diesem Ereignis korrelieren. So lässt sich häufig die Ursache des Signalintegritätsproblems finden. Einige Oszilloskope verfügen über einen Flankentrigger mit der Bedingung »größer als« oder »kleiner als« eine bestimmte Anstiegs- oder Abfallzeit. Das könnte dieses Triggerproblem lösen, aber die Einstellung des Oszilloskops auf eine solche eindeutige Triggerbedingung kann sich als schwierig und zeitraubend erweisen. Mit dem Zonentrigger lässt sich auf dem Display im Bereich der Signalanomalie einfach ein Rechteck – die Zone – zeichnen und festlegen, das ein Signal durchqueren muss, um individuell dargestellt zu werden. Das Oszilloskop zeigt dann ausschließlich Kurvenzüge, die diese Bedingung erfüllen (»Must Intersect«-Zone in Bild 2).

Diese Triggerbedingung ist auch invertierbar, also so definierbar, dass das Signal den markierten Bereich nicht durchqueren darf. In diesem Fall würde das Oszilloskop lediglich Signale mit normalen Anstiegsflanken darstellen (»Must Not Intersect«-Zone in Bild 3). Um dasselbe Ergebnis zu erzielen, lässt sich die ursprüngliche »Must Intersect«-Zone auf dem berührungsempfindlichen Display einfach mit dem Finger auf die gegenüberliegende Seite des normalen Signalzuges schieben.

Wird die Zonentrigger-Funktion aufgerufen, erfasst das Oszilloskop zunächst alle Signale, die die vorher spezifizierte Triggerbedingung erfüllen. Das ist meist das Triggern auf eine ansteigende oder abfallende Flanke; es lässt sich jedoch jede beliebige Triggerbedingung einschließlich des seriellen Triggers für diese Vorqualifizierung verwenden. Anschließend prüft das Oszilloskop jeden erfassten Signalverlauf in Relation zu den vordefinierten ein oder maximal zwei Zonen. Dieser Hardware-gestützte »Capture & Compare«-Zyklus läuft mit bis zu 200.000 Signalverläufen pro Sekunde. Anschließend werden ausschließlich die Kurvenverläufe dargestellt, die den durch die Zonen definierten Bedingungen entsprechen. Damit bietet der InfiniiScan-Zonentrigger ein sehr einfaches und zuverlässiges Verfahren zum Erfassen und Darstellen von selten auftretenden Signal-Anomalien.

Grundsätzlich gilt: Wenn es möglich ist, mit einer gängigen Triggerbedingung wie dem Flankentrigger auf dem Display solche Signalanomalien zu erkennen, während das Oszilloskop die Darstellung mit 1.000.000 Kurvenzügen pro Sekunde aktualisiert, dann kann der Zonentrigger diese Anomalie mit seiner Hardware-basierten Qualifizierungsrate von 200.000 Kurvenzügen pro Sekunde erfassen, isolieren und präsentieren.

Triggern auf metastabile Zustände

Als metastabiler Zustand wird hier im Wesentlichen ein selten auftretender Signalüberschwinger (»Glitch«) verstanden, wie er bei grenzwertigen Zeittoleranzen von Daten- und Taktsignalen auftreten kann. Das Beispiel in Bild 4 zeigt ein Datensignal, das gelegentlich dazu ansetzt, von einer logischen Eins zu einer logischen Null zu wechseln, dann aber wieder in den normalen Impulszug zurückfällt. Mit der schnellen und stabilen Auffrischrate es »Agilent 4000X« von 1.000.000  Kurvenzügen pro Sekunde lässt sich diese Anomalie bei Triggerung auf eine fallende Flanke des Datensignals (Bildmitte) deutlich erkennen. Um nur auf Signale mit einem solchen seltenen Ereignis zu triggern, könnte z.B. der Pulsbreitentrigger verwendet werden. Bei einer zu niedrigen negativen Amplitude des Überschwingers ist der Erfolg allerdings nicht immer sicher. Ein einfacheres und zuverlässigeres Verfahren bietet auch hier der Zonentrigger.

Nach dem Zeichnen einer »Must Intersect«-Zone auf dem Display im Bereich der Signalanomalie zeigt das Oszilloskop ausschließlich Signalzüge, die den »Glitch« als metastabilen Zustand aufweisen (Bild 5). Sobald es möglich ist, auf dieses Problemsignal zu synchronisieren, lassen sich andere Signale des Entwurfs daraufhin überprüfen, ob sie mit dem Ereignis korrelieren und damit einen Hinweis auf die Ursache liefern.

Triggern auf serielle Bitmuster

Obgleich der Zonentrigger meist zum Synchronisieren auf Problemsignale wie in den gezeigten Beispielen dient, lässt er sich auch zum Triggern auf definierte serielle Bitmuster einsetzen. Ein gängiges Beispiel dafür ist, das Oszilloskop so einzustellen, dass es auf einen isolierten Impuls triggert. Zum Charakterisieren der Qualität serieller Bussignale ist es oft erforderlich, isolierte logische Einsen und/oder Nullen zu untersuchen. Bei NRZ-Signalen ist eine isolierte Eins ein einzelnes High-Bit zwischen einer spezifizierten Anzahl führender und folgender logischer Nullen. Eine isolierte Null ist dementsprechend ein einzelnes Low-Bit, umgeben von einer definierten Anzahl logischer Einsen.

Bild 6 zeigt, wie das Oszilloskop auf die ansteigenden Flanken eines seriellen FlexRay-Signals mit 10 Mbit/s triggert. Zu diesem Zeitpunkt ist nicht mehr zu sehen als eine ansteigende Flanke im Zentrum des Displays, der Standard-Trigger-Position. Weil die serielle Datenrate dieses Signals 10 Mbit/s beträgt, sollte ein einzelnes Bit 100 ns breit sein. Eine Zeitbasis-Einstellung des Oszilloskops auf 100 ns/Teilstrich erleichtert das Schätzen der Breite und vereinfacht das Zeichnen der benötigten Qualifizierungszonen.

Bild 7 zeigt die beiden gezeichneten »Must Not Intersect«-Zonen zum Isolieren eines einzelnen High-Bits, angeführt von drei oder mehr und gefolgt von zwei oder mehr logischen Nullen. Man kann diese Zonen auch als »Keep-Out«-Felder betrachten. Nun, da die logische Eins isoliert ist, kann man die erforderlichen Parameter zur Qualifizierung des Impulses wie Anstiegszeit, Abfallzeit und Pulsbreite messen.

 

Die Autoren

Johnnie Hancock und Andreas Siegert von Agilent Technologies

 

Dieser Artikel erschien in der Markt&Technik Nr. 48 30.11.2012.