Czy współczesny oscyloskop cyfrowy może zastąpić całe laboratorium pomiarowe? Pytanie jest retoryczne, wątpliwość mogą tylko budzić środki, jakie należ zastosować, aby ten cel osiągnąć. Rozwiązanie okazuje się dużo prostsze, niż można by w pierwszej chwili sądzić. Wystarczy odpowiednio rozszerzyć oprogramowanie firmowe.

Ewolucja jednego z podstawowych przyrządów pomiarowych, jakim jest oscyloskop ma taką dynamikę, że trudno przewidzieć jak przyrząd ten będzie wyglądał w najbliższym czasie. Obserwowana od kilku lat tendencja może prowadzić do wniosku, że dalej będzie powiększana, i tak już nie mała liczba funkcji pomiarowych. Trochę trudniej przewidzieć rozwój parametrów technicznych. Zwiększająca się systematycznie częstotliwość próbkowania i pasmo analogowe nasuwa analogię do rekordów sportowych. Czy jest tu jakaś granica? Rozsądna odpowiedź brzmi: tak, oczywiście. I dlatego rekordy będą bite coraz rzadziej i z coraz mniejszą różnicą w stosunku do poprzednich. No cóż, w takich przypadkach chciałoby się być nieśmiertelnym, by przekonać się na własne oczy, jaki będzie rozwój wydarzeń.

Oscyloskop jak samochód

Ceny samochodów podawane w reklamach zwykle obowiązują dla tzw. wersji podstawowej wyposażenia. Jeśli klient życzy sobie niewymieniony w cenniku dodatkowy element, musi być przygotowany na dodatkową zapłatę. Oczywiście zawsze chciałoby się mieć najmocniejszą konfigurację, ale zamawianie foteli skórzanych do samochodu, który będzie wykorzystywany jako taksówka, nie wydaje się celowe.

Podobnie jest ze sprzętem pomiarowym, a w przypadku oscyloskopów cyfrowych stało się to wręcz obowiązującą regułą. Taką strategię sprzedaży prowadzą wszyscy najwięksi producenci. Konfiguracji oscyloskopu dokonuje się poprzez instalację odpowiedniego oprogramowania przy użyciu dostępnych portów komunikacyjnych, albo przez umieszczenie odpowiedniego klucza elektronicznego w specjalnym gnieździe.

W artykule zostaną przedstawione możliwości konfiguracji oscyloskopów rodziny MSO5000/7000/70000 produkowanych przez firmę Tektronix. Dopasowanie przyrządu do własnych potrzeb sprawia, ze staje się on niezwykle użyteczny przy rozwiązywaniu określonych grup problemów, nie tracąc zalet oscyloskopu cyfrowego. Tektronix opracował kilkanaście opcji rozszerzających, które podzielono ze względu na zagadnienia techniczne, nie zaś pod kątem określonych grup użytkowników. Przykładowo, inżynier zajmujący się systemami mikroprocesorowymi będzie zainteresowany funkcjami przydatnymi do badania dynamicznych pamięci DDR, ale ze względu na występujące w takich urządzeniach interfejsy komunikacyjne z pewnością chętnie zainstaluje również opcje dotyczące pomiarów USB czy Ethernetu. Pamięci DDR nie będą natomiast interesować inżyniera pracującego przy elektronice motoryzacyjnej, w zamian za to chętnie zainstaluje on rozszerzenia związane z interfejsami CAN i LIN.

W opisie rozszerzeń zostanie zwrócona uwaga na ich cechy funkcjonalne, natomiast parametry techniczne oscyloskopów, takie jak: pasmo analogowe, częstotliwość próbkowania czy długość rekordu nie będą głównym przedmiotem naszego zainteresowania, chociaż istotne dla niektórych pomiarów.

Opcje rozszerzeń oprogramowania firmowego dla oscyloskopów rodziny MSO5000, a także DPO7000, DPO/MSO/DSA70000.

Opcja DDRA – Pakiet funkcji przeznaczonych do testowania systemów, w których zastosowano pamięci dynamiczne RAM typu: DDR1, DDR2, DDR3, LDDR, LPDDR2, GDDR3 i GDDR5. Potrzeba opracowania tej opcji wynika z faktu, iż są to układy o bardzo dużej szybkości działania, charakteryzujące się złożonym timingiem. Za pomocą oscyloskopów MSO5000, DPO7000 i DPO/MSO/DSA70000 (z opcją DDRA można badać pamięci przesyłające 64-bitowe słowa z szybkością ponad 2133 MT/s. Trzeba jednak pamiętać, że z uwagi na ograniczone do 2 GHz pasmo oscyloskopów MSO5000 modele te nadają się do badania co najwyżej pamięci DDR2. Pomiary są zgodne z dyrektywą JEDEC. Do analizowania zdarzeń w tak szybko działającym interfejsie niezbędne są specjalne tryby wyzwalające umożliwiające obserwację zarówno całej paczki danych, jak i pojedynczych bajtów. Wbudowane w oscyloskopach MSO5000, DPO7000 i DPO/MSODSA70000 mechanizmy przeszukiwania danych pozwalają na analizowanie przebiegów z dokładnością do pojedynczy zboczy.

Przygotowanie oscyloskopu do pomiaru pamięci DDR wiąże się z ustaleniem wartości wielu parametrów. Oprogramowanie DDRA zwiera specjalnie opracowany do tego celu wizard. Umożliwia on najbardziej odpowiednie dla danego typu pamięci skonfigurowanie oscyloskopu (rys. 1). Ustawiane są m.in. takie parametry, jak: typ pamięci, szybkość transferu, standard napięciowy, wybierane są parametry pamięci przeznaczone do pomiaru. Wstępne wartości mogą być zgodne z zaleceniami JEDEC, ale użytkownik może je zmieniać według własnych potrzeb. Do szybkiej oceny wybranych parametrów pamięci można wykorzystywać testy JEDEC pass/fail. Ocena stanu pamięci jest określana także na podstawie pomiarów statystycznych. W ten sposób są mierzone na przykład wszystkie zbocza wskazanego sygnału, należące do jednej paczki danych (jednego transferu), a następnie sporządzany jest odpowiedni wykres.

Rys. 1. Okno konfiguracyjne opcji DDRA

Funkcje zawarte w opcji DDRA zawierają ponadto badanie jakości sygnałów w interfejsie pamięci z zastosowaniem analizy jitteru i diagramów oka. Jednym z najtrudniejszych do diagnozowania błędów modułów pamięciowych są pojawiające się sporadyczne przekłamania. Opcja DDR udostępnia specjalne tryby wyzwalania ułatwiające wykrywanie takich przypadków. Istotną zaletą oscyloskopów rodziny MSO5000, DPO7000 i DPO/MSO/DSA70000 wykorzystywanych do badań signal integrity jest możliwość jednoczesnego obserwowania przebiegów cyfrowych i analogowych, a także dostępna w nich technologia DPX. Razem określanych jest blisko 50 parametrów czasowych zdefiniowanych w dyrektywie JEDEC.

W związku z parametrami sygnałów występujących w interfejsach różnych odmian pamięci DDR określone są minimalne wymagania dla oscyloskopów zastosowanych do ich pomiarów. Zestawiono je w tab. 1. W wielu przypadkach niezbędne jest również specjalne wyposażenie dodatkowe, takie jak specjalne końcówki koncentryczne lutowane bezpośrednio do modułów DIMM lub interposer BGA umożliwiający dokonywanie pomiarów pamięci DDR2/DDR3.