Agilent Technologies: טכנולוגיית MegaZoom ASIC הולידה זן חדש של אוסילוסקופים
24 פברואר, 2011
שילוב אוסילוסקופ בעל קצבי עדכון מהירים, עם נתח תזמון לוגיקה לערוצים דיגיטליים, מחולל פונקציות/אותות משולב ונתח פרוטוקולים לשיפור ניפוי האפיקים, מאפשרים לבצע קורלציה של העברות נתונים עם אינטראקציות של אותות מעורבים במערכת האלקטרונית
טכנולוגיית MegaZoom ASIC של Agilent משנה את אופן ההתנהלות של מעבדת הבדיקות באמצעות שילוב הפונקציונליות של ארבעה מכשירי בדיקה שונים באוסילוסקופ רב-שימושי יחיד
אוסילוסקופים משמשים כמכשירי מדידה אלקטרוניים המנטרים אותות קלט ומציגים אותם גרפית בפורמט של מתח לעומת זמן. הם קריטיים לביצוע מדידות במגוון רחב של מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים, ומהווים הכלי הפופולרי לבדיקה, אימות וניפוי של תכנונים דיגיטליים.
האוסילוסקופים חיוניים לקביעת הרכיבים במערכת המתנהגים בצורה נכונה והרכיבים שאינם פועלים כיאות, ומסייעים לקבוע אם רכיב חדש שתוכנן מתנהג בצורה המצופה. אוסילוסקופים מצויים בשימוש במגוון רחב של תחומים, באוניברסיטאות, במעבדות מחקר ופיתוח, בקווי הייצור ובתעשיות הצבא והחלל.
מה יש באוסילוסקופ?
ארכיטקטורת אוסילוסקופ נפוצה כגון זו המוצגת בתרשים 1, הינה הארכיטקטורה ש- Agilent פיתחה בשנות התשעים המוקדמות עם האוסילוסקופים מסדרה HP54600, והינה אותה ארכיטקטורה המשמשת בכל מוצרי האוסילוסקופים הנמצאים כיום בשוק. בעוד שניתן לייצר אוסילוסקופ עם יותר בלוקים פונקציונליים נפרדים, הביצועים מוגבלים עקב סוגיות ידועות של אינטגרציית מערכת כגון חום, מהירויות חיבור, פיזור הספק ועלויות.
האם ניתן לבצע פשרות במספר תחומי מפתח כגון קצב העדכון, הספק המדידה וחוסר ההיענות של האוסילוסקופ? טכנולוגיית MegaZoom ASIC של Agilent משתמשת בארכיטקטורה הפותרת את סוגיות האינטגרציה של התפשרות בביצועים שאנו רואים בארכיטקטורה הנפוצה. תרשים 2 מציג דיאגרמת מלבנים של טכנולוגיית MegaZoom.
בטכנולוגיה זו שולבו מספר בלוקים שולבו על שבב ASIC יחיד. באמצעות אינטגרציה יכולה Agilent לנצל אפיקים פנימיים בעלי ביצועים גבוהים יותר, ולאפשר הופעה של ארכיטקטורת אוסילוסקופים חדשה. אוסילוסקופים המיישמים את טכנולוגיית MegaZoom מספקים קצבי עדכון מובילים בשוק של צורות גל, וכן נראות אותות פנטסטית ללקוחות המשתמשים בהם.
הדבר מתאפשר מכיוון שהאינטגרציה מאפשרת ליישם מספר פונקציות מפתח של המעבד והתוכנה בחומרה, במקום לבצע עיבוד תוכנה לאחר רכישת/לכידת האותות. התוצאה היא ביצועים גבוהים של פונקציות נפוצות כמו מדידות, בדיקות גבול של צורות גל ופיענוח טורי, ושיפור הביצועים תוך פינוי רוחב הפס של המעבד לטיפול יעיל יותר במשימות ה-CPU הנותרות.
מגבלות תקציב ולוחות זמנים דורשים פתרונות לקיצור זמני הבדיקות. לכן, כדי לענות על הדרישות הנוכחיות והעתידיות, אוסילוסקופ צריך להמשיך להוסיף תכונות המקצרות את זמני הבדיקות והניפוי תוך שמירה על מחיר סביר – משימה קשה ביותר לארכיטקט אוסילוסקופים – שחברת Agilent עומדת בה באמצעות רכיבי ASIC ייעודיים. תרשים 3 מציג אינטגרציה של כל ששת המלבנים עם טקסט לבן לתוך שבב ASIC מותאם יחיד.
כעת, כל נקודות הביצועים שופרו שוב עם האצה נוספת של הפונקציונליות, על-מנת לשמר טווחי פעולה אופטימליים, פרודוקטיביות ותובנות משופרות. ההכללה השיטתית מאוד הזו של יותר פונקציונליות של אוסילוסקופ לתוך שבב יחיד מגדילה את הביצועים תוך הקטנת העלויות. היא מעניקה יכולות שקודם היו זמינות רק במוצרי אוסילוסקופ הרבה יותר יקרים, ועל-ידי כך להביא מוצרים לשוק מהר וברמת אמינות יותר גבוהה.
כיצד קצב עדכון מהיר משנה מהלך העבודה?
בבדיקת התקן על-מנת לנתח אם הוא פועל בצורה נכונה, כאשר מבצעים ביחון (Probing) לאות שיש לו תקלה ("glitch") המפתחים רוצים לראותו באופן המאפשר לגלות את הסיבה לתקלה. עקב תופעת ה-Blind Time, באוסילוסקופים בעלי קצב עדכון גבוה עולה ההסתברות לתפיסת התקלה בהשוואה לאוסילוסקופים בעלי קצב עדכון נמוך יותר. ה-Blind Time מייצג את הזמן הנדרש לאוסילוסקופ ללכוד ולהציג את האות.
בארכיטקטורה ללא טכנולוגיית MegaZoom, כמו זו המוצגת בתרשים 1, הגבול העליון הוא עד 55,000 צורות גל לשנייה, אולם רק במצבים מיוחדים.
טכנולוגיית MegaZoom IV Custom ASIC, כמוצג בתרשים 3, יכולה להגיע לקצבי עדכון של יותר ממיליון צורות גל בשנייה. זה מיתרגם ל-Blind Time מינימלי, המעניק את הסיכוי הגבוה ביותר לתפיסת התקלה הבלתי שכיחה, שאף מפתח לא היה רוצה שהלקוח יגלה אותה לפניו.
במקרים אחרים, מספיק רק להביט באות כדי להעריךכמה הוא "טוב". האם הוא נראה בסדר? האם הוא רועש? האם הוא יציב? בתוך רגע הינך מבצע את הניתוח בראשך, שופט את התוצאות ועובר לאות הבא. במצב זה חשיבותו של קצב העדכון הינה קריטית. אם האוסילוסקופ מספק תמונת אות גרועה עקב קצב עדכון צורות גל נמוך, אזי הוא עיוור לקלט במהלך חלק גדול מהזמן בו הינך מנפה.
אוסילוסקופ עם טכנולוגיית MegaZoom מעניק ביטחון גבוה הרבה יותר בידיעה שהינך צופה בייצוג הנאמן ביותר האפשרי של האות, וזה מאיץ את זמני הניפוי והבדיקות כמו גם מעלה את האיכות והאמינות של המוצר הסופי.
כיצד אינטגרציה של מספר מכשירים למכשיר יחיד משנה את תהליך העבודה?
לארכיטקטורת MegaZoom יתרונות נוספים לצד קצב עדכון מהיר. היא מאפשרת למקם את הפונקציונליות של מכשירים אחרים בתוך שבב ה- ASIC הייעודי, ולקבל אוסילוסקופ עתיר יכולות, כולל אוסילוסקופ MSO משולב (Mixed Signal Oscilloscope) המוסיף ערוצי תזמון דיגיטליים, מחולל פונקציות משולב ונתח פרוטוקולים טוריים. כל אחד מהמכשירים הללו מספק כלים חדשים וחדשניים לניפוי יעיל של התכנונים. למעשה, לקבל מכשיר משולב מסוג "הכול-כלול", במקום מספר מכשירים נפרדים.
אוסילוסקופ "זיכרון עמוק"
האוסילוסקופ משמש ללכידת נתונים. ככל שגדלה כמות הנתונים שהוא יכול ללכוד, בקצב דגימה גבוה יותר, כך גדלה כמות הפרטים בתוך האותות הנבדקים שבהם ניתן לצפות.
בתכנונים כיום, האוסילוסקופ נדרש לעתים קרובות ללכוד צורות גל מורכבות וארוכות באמצעות זיכרון הרכישה (Acquisition Memory) העמוק שלו כדי לקבל את כל הנתונים.
זיכרון MegaZoom עמוק מתוכנן כך שיבחר אוטומטית בשימוש הטוב יותר של קצב דגימה וזיכרון עמוק על מנת ללכוד במהירות כמויות גדולות של נתונים. גלילה ידנית של נתוני צורות גל שנשמרו כדי למצוא אירועים ספציפיים המעניינים אותנו עשויה להיות איטית ומגושמת. אולם אם יש לאוסילוסקופ יכולת אוטומטית של חיפוש וניווט, ניתן לקבוע בקלות קריטריונים לחיפוש תופעות ספציפיות ולאחר מכן לנווט במהירות לאירועים אשר "נמצאו וסומנו", באמצעות כפתורי הניווט קדימה ואחורה שבפנל הקדמי.
בדוגמה המוצגת בתמונת המסך מימין, האוסילוסקופ הוגדר ללכוד פרק זמן של מילי-שנייה אחת של זרם נתונים דיגיטלי מורכב. תוך שימוש ביכולת החיפוש והניווט, ניתן היה למצוא, לסמן (משולשים לבנים מראים את המיקום של כל runt), ולאחר מכן לנווט במהירות ל-20 מופעים של פולסי "runt". זה חוסך שעות של זמן חיפוש מכיוון שאין צורך לחפש ידנית. הדבר מאפשר איתור אוטומטי בתוך שניות של התופעות המבוקשות.
אוסילוסקופ לאותות מעורבים
תוכן דיגיטלי נמצא היום בכל התכנונים. אוסילוסקופים של 2-4 ערוצים אינם מספקים תמיד די ערוצים עבור המשימה לביצוע. עם תוספת של 16 ערוצי תזמון דיגיטליים משולבים, יש עתה עד 20 ערוצים של הפעלה (Triggering) בעלת קורלציית זמן, רכישה (Acquisition) וצפייה – באותו מכשיר. הדבר מעניק יותר גמישות בכלים הזמינים לניפוי, על-ידי הגדלת מספר האותות שניתן לצפות בהם בנקודת זמן נתונה, ולכן קבלת תמונה ברורה יותר של המערכת המאופיינת.
במקרים מסוימים, שימוש בפונקציונליות נוספת באוסילוסקופ יאט את קצב עדכון צורות הגל או יפחית את ההיענות (Responsiveness) שלו במספר סדרי גודל. ה-tradeoff הזה אינו מתרחש באוסילוסקופ המבוסס על ארכיטקטורת MegaZoom, בזכות האינטגרציה של ערוצים דיגיטליים בשבב ה-ASIC.
WaveGen – מחולל פונקציות מובנה
מחולל פונקציות 20MHz משולב הינו אידיאלי למעבדות חינוכיות או מעבדות תכנון בהם המרחב (השולחני) מוגבל, שבהן מציאת דרך לשלב את כל המכשירים השונים למערכת פועלת עם תקשורת בין-רכיבית הופכת לאמנות. המשימה הזו עלולה לצרוך הרבה מאוד זמן ולהיות מתסכלת. כאשר מחולל הפונקציות כבר משולב לתוך חומרת האוסילוסקופ, הוא יכול לספק פלט דחיפה (Stimulus) של צורות גל סינוס, רבועות, שיפועיות, מבוססות פולסים, זרם ישיר ורעש להתקן הנבדק.
ומכיוון שהוא משולב, משמעות הדבר הינה שיש ללמוד רק קבוצה אחת של תפריטי מכשיר וממשק. יכולת זו אף מסוגלת לחולל מגוון של אותות אימון מובנים בהם ניתן להשתמש להדרכת תלמידי הנדסת חשמל ופיסיקה, אודות יכולות האוסילוסקופ ואופן הביצוע של מדידות בסיסיות של האותות הנוצרים באמצעות ה-WaveGen.
כיצד ארכיטקטורת MegaZoom משנה יישומי בדיקות מסיכה באוסילוסקופים?
בדיקות מסיכה של אוסילוסקופים פועלות על-ידי השוואת צורת גל שנלכדה אל "מסיכה" המורכבת מגבול עליון ומגבול תחתון של צורת גל. צורת הגל שנלכדה "עוברת", אם כל נקודה של צורת הגל ממוקמת בין הגבול העליון והגבול התחתון, ו"נכשלת" אם נקודה חורגת מעבר לגבול העליון או התחתון.
בדיקות מסיכה נקראות לעיתים גם בדיקות Pass/Fail (עובר/נכשל) או Go/No go, מכיוון שהן מספקות דרך מהירה וקלה לבדוק עמידה של אותות בתקן ספציפי על ידי רכישת צורת גל "מוזהבת" ולאחר מכן הגדרת גבולות הסיבולת של האות כדי ליצור מעטפת בדיקה. הבדיקה מזהה אוטומטית את צורות הגל הסוטות מהתקן.
קצב העדכון המהיר של ארכיטקטורת MegaZoom מיתרגם ליישום מבוסס-חומרה של בדיקות מסיכה באוסילוסקופ, ומאפשר מיליוני צורות גל ב-1-3 שניות. בארכיטקטורה מסורתית, בדיקות מסיכה הינן מבוססות תוכנה ונתונות לחסדי המעבד, כך שבדיקת מיליוני צורות גל יכולה להימשך ימים.
ניתוח מואץ של פרוטוקולים טוריים בארכיטקטורת MegaZoom
משמעות שילוב מנוע ניתוח הפרוטוקולים הטוריים בתוך שבב ה-MegaZoom ASIC, היא שהפיענוח הינו מבוסס חומרה, ולא מבוסס תוכנה כמו בארכיטקטורת אוסילוסקופים מסורתית. טכניקות עיבוד תוכנה שלאחר מעשה הינן איטיות ועשויות להגיע לקצב של מספר שניות לעדכון. הדבר נכון במיוחד כאשר משתמשים בזיכרון עמוק כדי ללכוד אותות מרובים של אפיק (Bus) טורי מבוסס מנות (Packets). כאשר מנתחים סימולטנית מספר אפיקים טוריים, קצבי העדכון של הפיענוח עשויים להיות אף איטיים יותר.
במערכת מבוססת חומרה, שבה אין התפשרות על קצב עידכון צורות הגל, הפיענוח מקבל האצה משמעותית ולכן ההסתברות ללכידת שגיאות נדירות בתקשורת הטורית היא גבוהה בהרבה. לעיתים צריך לבצע קורלציה של נתונים מאפיק טורי אחד למשנהו; הצורה הטובה ביותר להשיג זאת היא באמצעות פיענוח סימולטני של שני אפיקים טוריים. ניתן להציג מספר אפיקים שנלכדו בו-זמנית בתצוגת time-interleaved Lister כמוצג בתרשים 8. היכולת לבצע קורלציה של הפרוטוקול הטורי בפורמט טבלת רשימה (lister) כמו גם לצפות באותות עצמם, מספקת תובנות לאיפיון מערכת מלא בזמן שיא.
סיכום
חדשנות הנדסית מצויה בכל מקום. אפילו אוסילוסקופ בסיסי יכול לכלול טכנולוגיה פורצת-דרך המשנה את האופן בו תלמידים לומדים ומהנדסים עובדים. מוצרים אלה מסוגלים להציע יותר יכולות המקצרות את זמני הבדיקות של פרויקטים תוך הצעת מחיר משתלמת. המוצרים החדשים שאוסילוסקופים מסייעים לתכנן ולבדוק, ישנו מהר יותר את חייהם של צרכנים ברחבי העולם.
פורסם בקטגוריות: חדשות , צב"ד , ציוד בדיקה
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
