Oscyloskopy DPO są zdolne do przechwytywania kilkuset tysięcy obrazów na sekundę, podczas gdy dla zwykłych DSO parametr ten nie przekracza 8000 wfms/s (waveforms/s). Dzięki tak dużej szybkości przechwytywania obrazów przez oscyloskopy DPO możliwe jest wychwytywanie bardzo krótkich, przypadkowo pojawiających się, a nawet pojedynczych impulsów. Oscyloskopy DPO nadają się więc idealnie do poszukiwania wszelkich anomalii sygnałów elektrycznych, analizy jittera, itp. Na razie jednak nie skonstruowano jeszcze oscyloskopu z zerowym czasem martwym. Nigdy nie ma zatem stuprocentowej pewności, że jeśli na ekranie, nawet w długim czasie analizy nie pojawia się żadne zakłócenie, to oznacza, że nie występuje ono w układzie rzeczywistym. Oscyloskopy DPO natomiast drastycznie zwiększają prawdopodobieństwo wykrycia takiego stanu, skracając do minimum czas martwy. Przypomnijmy, że czas martwy, to okres, w którym oscyloskop zajmuje się analizą danych zebranych w pamięci, wyświetlaniem ich na ekranie, wykonaniem niezbędnych obliczeń itp. W tym czasie przerwane jest pobieranie danych z wejścia, jeśli więc wystąpi jakieś poszukiwane zaburzenie sygnału, to niestety zostanie pominięte. Symboliczną różnicę pomiędzy pracą zwykłego oscyloskopu cyfrowego DSO i oscyloskopu DPO przedstawiono na rys. 3. Jak widać, przeważającą część czasu pracy oscyloskopu DSO zajmuje analiza i obróbka danych, a nie ich gromadzenie.
Rys. 3. Różnica pomiędzy pracą oscyloskopów DSO i DPO
W czym tkwi tajemnica?
Nie trzeba być wybitnym inżynierem, aby zauważyć, że najprostszą metodą uzyskania odpowiedniej wydajności oscyloskopu jest zaprojektowanie architektury równoległej, tj. takiej, w której poszczególne wątki są wykonywane jednocześnie. Trzeba już jednak niemało wiedzy, aby założenie to zrealizować w praktyce.
Z pomocą przychodzi tu trochę ułomność ludzkiego oka, które nie reaguje na obiekty zmieniające się szybciej niż 30 razy na sekundę. Nie ma zatem potrzeby odświeżania ekranu częściej niż co 1/30 sekundy. Daje to sporo czasu do obróbki zebranych danych, szczególnie jeśli zastanie zastosowana silna jednostka obliczeniowa pracująca w wydajnej architekturze. Zastosowana w oscyloskopach DPO bezpośrednia rasteryzacja przebiegów oraz bezpośrednie kopiowanie danych do wyświetlacza pozwala pozbyć się wielu czynników spowalniających proces obróbki danych. Na wydajność urządzenia mają wpływ również odpowiednio przemyślane algorytmy obliczeniowe. Wysoka wydajność jest bowiem podstawową cechą oscyloskopów DPO, a nawet warunkiem koniecznym do realizacji postawionych przed nimi zadań. Schemat blokowy wyjaśniający zasadę działania oscyloskopu DPO przedstawiono na rys. 4.
Rys. 4. Równoległa architektura oscyloskopu DPO
Prac nad oscyloskopami DPO nie zakończono na pierwszej koncepcji, mimo że spełniła pokładane nadzieje. Jednym z ważniejszych zagadnień okazała się akwizycja danych. W kolejnych etapach ewolucji oscyloskopów DPO położono więc duży nacisk na opracowanie takiej technologii akwizycji danych, która zapewniałaby uzyskiwanie maksymalnej wydajności. Koncepcja taka powstała i nadano jej nazwę DPX. Jest ona określana jako technologia 3 generacji. Schemat oscyloskopu działającego z wykorzystaniem technologii DPX przedstawiono na rys. 5.
Rys. 5. Ultrawydajna technologia akwizycji danych DPX
Lek na bezradność
Nowoczesny sprzęt elektroniczny jest mieszaniną elektroniki w żywej postaci i oprogramowania pełniącego nie mniej ważną funkcję w systemie. Możliwość popełnienia błędu zarówno na warstwie sprzętowej, jak i programowej jest bardzo duża. Co gorsze, wykrycie źródła takiego błędu czasami wydaje się wręcz niewykonalne. Przekłamania mogą pojawiać się na skutek różnicy w długości ścieżek doprowadzających sygnał cyfrowy do określonego punktu na płytce, błędy mogą wynikać z pojawiających się sporadycznie wartości zmiennych programu, których nie przewidział programista, a generujących błędy. Mamy zatem do czynienia z artefaktami, których czas trwania jest mierzony pojedynczymi nanosekundami, a pojawiającymi się nawet z minutowymi czy godzinnymi interwałami, często całkowicie losowo. W układzie elektronicznym takie błędy są zwykle rozpoznawalne na podstawie obserwacji odpowiednich sygnałów elektrycznych, trzeba tylko umieć je wychwycić. Do badania takich właśnie przypadków idealnie nadają się oscyloskopy DPO.
Pierwszym warunkiem potrzebnym do przechwytywania tzw. „trudnych” impulsów jest dysponowanie odpowiednim trybem wyzwalania. W oscyloskopach DPO jest ich kilkanaście, ale zastosowany w rodzinie DPO700 system wyzwalania Pinpoint pozwala łączyć ze sobą opcje, w wyniku czego użytkownik ma do dyspozycji faktycznie ponad 1400 kombinacji zdarzeń wyzwalających. Są wśród nich m.in. takie opcje, które do wyzwolenia wymagają wystąpienia dwóch zdarzeń i to w ściśle określonych relacjach między sobą. Część trybów wyzwalania jest wykorzystywana do obserwacji zwykłych przebiegów, część została opracowana specjalnie do badania przebiegów w rozmaitych interfejsach transmisji szeregowej, są też takie, które zostały opracowane specjalnie do lokalizowania zakłóceń losowych. Można tu wymienić takie tryby wyzwalania, jak: glitch, width, runt, window, timeout, transition, stop/hold. Na rys. 6 przedstawiono losowe zakłócenie występujące w pewnym sygnale cyfrowym. Na oscylogramie jest widoczny impuls typu glitch oraz runt . Dodatkowo, dzięki zdolności do przechwytywania kilkuset tysięcy przebiegów na sekundę, zakłócenia te są wyraźnie rozróżnialne, ponieważ są wyświetlone innym kolorem niż przebiegi powtarzające się okresowo. Niektóre tryby wyzwalania są tak bardzo specjalizowane i „egzotyczne”, że Tektronix sprzedaje je jako opcjonalne rozszerzenie dla oscyloskopów DPO. Unika się tym samym niepotrzebnego zawyżania ceny podstawowej wersji przyrządu.
Rys. 6. Lokalizacja losowych zakłóceń impulsowych za pomocą oscyloskopu DPO
