Oszilloskope. Grundlagen und Compliance Tests. Thomas Giehm/ datatec

Transkript

1 Oszilloskope Grundlagen und Compliance Tests Thomas Giehm/ datatec

2 Agenda Analoge Bandbreite / Anstiegszeit Systembandbreite / Eingangsfilter Abtastung eines Signals / Samplerate Signalerfassungsrate / Totzeit Übersicht Agilent Oszilloskope Zubehör Compliance Programm 2

3 Welches Notebook würden Sie kaufen? Schöner und schneller. das leistungsstarke 39 cm (15,6") Notebook. Genau Dein Stil graziöses, flaches und leichtes Design mit leuchtendem Touchpad.

4 Analoge Bandbreite Frequenzgang eines Oszilloskopes Die analoge Bandbreite eines Scopes ist definiert als die Frequenz, an der die Eingangsspannung um 1/ 2(-3dB) bedämpft wird. 4

5 Analoge Bandbreite Messung eines 100 MHz Clock Signal 100 MHz Scope 300 MHz Scope 500 MHz Scope 5 1 GHz Scope

6 Analoge Bandbreite Die Bandbreite beeinflusst das digitalisierte Signal Signalbeeinflussung: lange Anstiegszeit (t r ) gedämpfte Amplitude Amplitude t r verursacht durch: Abschwächer / Verstärker Oszilloskop weitere Hardware vor dem Oszilloskop z. B. Tastkopf 6

7 Analoge Bandbreite Beispiel Rechtecksignal Signalbetrachtung Zeit Frequenz y(x) = A * sin x + 1/3 sin 3x + 1/5 sin 5x + (x = 2πt/T) Rechtecksignal besteht aus Grundschwingung und einer (theoret. unendlichen) Anzahl ungeradzahligen harmonischen Schwingungen. Je kleiner die Oszilloskop-Anstiegszeit, desto mehr harmonische Schwingungen können erfasst werden. 7

8 Analoge Bandbreite Messgenauigkeit Ermittelung der Maximalfrequenz eines Signals an Hand seiner Anstiegszeit: fmax = 0,5 / Anstiegszeit (10% - 90%) 0,4 / Anstiegszeit (20% - 80%) Messfehler in % bezogen auf Signal-Anstiegszeit Oszilloskop-Bandbreite Eingangsfilter Gauss, z. B. InfiniiVision Serie 20% 1,0 * fmax 10% 1,3 * fmax 3% 1,9 * fmax Samplerate 4 * Oszilloskop-Bandbreite 8

9 System-Bandbreite Setzt sich aus Bandbreite Tastkopf und Bandbreite Oszilloskop zusammen Abhängig vom der Charakteristik des Eingangsfilters (z. B. Gauß) Systembandbreite BW 12 = 1 BW BW 2 2

10 Eingangsfilter des Scopes Gaussian vs. Brickwall (Maximum Flatness) Response filter example for 1GHz scope Gain 1.2-3dB (bandwidth of the scope) Brickwall Gaussian 0 500M Hz 1.0GHz 2.0GHz 3.0GHz 4.0GHz Frequency Gaussian Allmähliche Dämpfung des Signals in- und außerhalb der Bandbreite Typisch bei Scopes für 1 GHz und weniger Brickwall (Maximum Flatness) weniger Dämpfung innerhalb der Bandbreite u. flacherer Frequenzverlauf Schneller roll off außerhalb d. Bandbreite Für r weitere Infos, siehe application note EN 8008EN Typisch bei Scopes über 1 GHz. Agilent nutzt d. Filter bei Scopes ab 2 GHz u. mehr.

11 Samplerate 10 ks/s 100 ks/s 1 GS/s Darstellung beispielhaft Die Samplerate muss passend zum gemessenen Signal sein Je höher die Samplerate desto besser wird das Signal erfasst Zu hohe Samplerate bringt keinen Vorteil, kann zur Verzerrung des Signals führen, z. B. Sampler-Rauschen

12 Samplerate Eine Samplerate > 4 * Bandbreite bringt keinen Vorteil Signalbeispiel: 1 ns Puls mit 200 ps Anstiegszeit BW 2,5 GHz / Äquivalent Sampling BW 500 MHz / 2 GSa/s BW 500 MHz / 5 GSa/s kein Vorteil da Anstiegszeit des Oszilloskopes das Signal in der Darstellung begrenzt Samplerate muss zur Bandbreite passen (4 * Bandbreite)

13 Signalerfassungsrate Warum eine hohe Signalerfassungsrate? hohe Signalerfassungsrate kurze Oszilloskop Totzeit dargestelltes Signal Oszilloskop Totzeit dargestelltes Signal

14 Agilent Oszilloskope Portfolio DCA-X Sampling X-Series Series U1620A Series U2700 Series 3000 X-Series X-Series Series 6000 Series 7000B Series Hardware optimiert 9000 Series

15 Das neue 9000H Oszilloskop 12 bit Auflösung 15

16 Fast, 8 bits or resolution 256 Q levels Wie erreicht man die 12 Bit Auflösung mit einem 8-bit ADC In 8-bit ADC Out 1 st stage Box-car averaging of adjacent samples 2 nd stage Moving average filter Scope Display In >8 bits of Out resolution Slower, 12 bits of resolution 4096 Q levels 16

17 Agilent Oszilloskope Proben und Zubehör 17

18 Derzeitige Current Probe Technologie V H B V s /V p = N s /N p = I p /I s f(dф/dt) Hall Effect sensor--dc/low Freq Transformer--AC Nachteile: Hybrid AC/DC Unzureichende Empfindlichkeit Unzureichender Dynamikbereich Schwache Wiederholbarkeit Thermischer Drift u. Magnetisierung Veränderung der Drahtschlaufengröße. 18

19 N2820A/21A Eigenschaften N2820A/21A Überblick Measure currents as low as 50 µa Measure currents as high as 5 A Measure AC and DC Wide dynamic range -- >20,000:1 Bandwidth 3 MHz Zoom-Out Channel 500 khz Zoom-In Channel AutoProbe interface (1MΩ output) Interchangeable, user selectable R sense modules 20 mω, 100 mω and user defined R module Make-before-break (MBB) interface New scope measurements current consumption over time (Amp x Sec) Compatible with InfiniiVision 3kX, 4kX and Infiniium 9k, 9kX/Q (with N5449A) N2820A 2-Kanal N2821A 1-Kanal 19

20 Make Before Break (MBB) Header Compatible With Existing 0.1 Layouts Allows hot swapping 20

21 Vergleich der SMU Lösung mit der N2820/21A N2820A/21A current probe mit Oszilloskop N6781A SMU Modul im N6705B DC Power Analyzer Beide Lösungen addressieren die gleiche Anwendung: Testen von Batteriebetriebenen Drahtlosgeräten Messen und Charakterisieren von AC/DC Strömen um die Laufzeit der Geräte (DUT) zu verlängern N6781A SMU Modul im N6705B DC Power Analyzer N2820A/21A current probe mit Oszilloskop Das N6781A und N6705B eignen sich gut für Langzeitaufnahmen auf Produkt-Level Die N2820A oder N2821A eignen sich gut auf Komponenten-Level u.a. auch in Verbindung mit anderen Systemsignalen 21

22 Agilent Digital Standardisierungsprogramm Aktuelle Programme: Mobile Computing Program Lead: Thomas Goetzl Thunderbolt/Lightpeak Program Lead: Andreas Gerster 22

23 SW USB 3.0/2.0 Gesamt-Lösung Transmitter Test N8805A USB3.0 Protocol decode & triggering SW U7243A USB Compliance Test Software Interconnect Test Receiver Test N5990A Automatic SW for USB compliance HW DSOX90000A Infiniium real time scope or DSO91304A Infiniium real time scope E5071C Option TDR ENA Network Analyzer N4903B J-BERT High-Performance Serial BERT Signal Conditioning De-emphasis N4916A or N4916B or N4903B-002 Fixture U7242A USB 3.0 Test Fixture Bit-USB-CBL from BitifEye U7242A USB 3.0 Test Fixture DUT 23 Tx Device or Host Cable Tx Rx

24 USB 2.0 Compliance Testing Full/Low speed signal quality In-rush current Droop/Drop Backdrive voltage High speed test FS/LS HS 24

25 USB 2.0 Compliance Testing Test packet output by HS Electrical Test Tool The signal is isolated from the host by the HS Test Fixture Waveform is measured through a 90 ohm differential termination Differential Probe HS Relay Device 25

26 Device signal quality fixture Power adaptor port New Fixture: E Test switch LEDs Fixture label Host Port Fixture part no. 26 SMA test point D- And 50ohms terminator Test Port - Device Probe test points D+, D-, GND SMA test point D+ And 50ohms terminator Test Port - Device

27 Memory DDR3 and LPDDR2/3 Total Solution Active Signal Validation U7231A DDR 3 Compliance Test Software Protocol Validation & Function Test B4622A DDR 2/3 Protocol analysis & Compliance SW SW HW DSO90404A or DSOX90000A Infiniium real time scope U4154A Logic Analyzer Bus Level Signal Integrity Insight Signal Conditioning FS2400 DDR3 Detective from Futureplus Probe W2635A or W2636A DDR3 BGA Probe or DDR slot interposers DDR2/3 BGA Probes W2631B or W2633B or W3631A or W3633A DUT Tx Tx/Rx Rx/Tx 27 Memory Controler Memory

28 Probe Here Signalintegrität mit eingebetteten Widerstand in der DRAM 150-ohm Embedded Resistors BGA Probe PCB Probe Here DDR2/3 BGA Probe Embedded resistor provides isolation of the probe loading and the live signal. 28

29 PCI Express 3.0 Total Solution Transmitter Test Interconnect Test N5393C PCI Compliance Test Software Receiver Test Protocol Test (link/transaction layers) N5990A Automatic SW for PCIe compliance Digital Test Console SW E5071C Option TDR ENA Network Analyzer or 86100C DCA-J DSOX900000A Infiniium real time scope HW N4903B J-BERT HighPerformance Serial BERT U4301A PCIe Analyzer U4305A PCIe Exerciser N5323A PCIe Jammer N4916B De-emphasis Signal Conditioning N4915A-014 Cal Channel or CLB2 Fixture CBB2 PCI-SIG Compliance boards CBB2 or CLB2 PCI-SIG Compliance boards PCI-SIG Compliance boards CLB2 Transmitter 29 Receiver U4322A PCIe midbus probe Tx Rx Tx DUT U4321A PCIe Interposer Probe CBB2 or Tx Rx Motherboard Tx... Tx Rx Rx Add-in Cards

30 Serial Standard Bandwidth Requirements Technology Data Rate Fastest Rise Time Recommended Bandwidth Ethernet 10base-T 10Mbps 30ns 600MHz Ethernet 100base-T 100Mbps 3ns 600MHz Ethernet 1000base-T 250Mbps x 4 1.2ns 1GHz USB Mbps 300ps 2.5G USB 3.0 5Gbps 50ps 12GHz DDR1 400MT/s 500ps 2GHz DDR2 1066MT/s 250ps 4GHz DDR3 2133MT/s 100ps 8GHz GDDR5 8Gbps 30ps 16GHz SATA 3G 3Gbps 67ps 12GHz SATA 6G 6Gbps 33ps 16GHz SAS-2 6Gbps 42ps 16GHz SAS-3 12Gbps 21ps 30GHz 16G FibreChannel Gbps 24ps 35GHz HDMI Gbps 50ps 8GHz DisplayPort Gbps 50ps 13GHz 10G Ethernet 10Gbps 60ps 12GHz 10Gbase-KR Gbps 24ps 25GHz XAUI 3.75Gbps 60ps 12GHz MIPI M-Phy 5.83Gbps 17.2ps 24GHz MIPI D-Phy 1.5Gbps 100ps 6GHz PCIExpress 2 5Gbps 30ps 12.5GHz PCIExpress 3 8Gbps 25ps (est.) 16GHz 28/32G FibreChannel 28Gbps 18ps 45 GHz Thunderbolt 10G Gbps 22ps 25Ghz SFP + 10Gbps 34ps 16GHz MHL 2.25Gbps 75ps 8GHz InfiniiBand II 2.5Gbps,5Gbps 75ps 8GHz 30

31 Was ist User Defined Application (UDA)? User Defined Application Is: A customizable way for Agilent Personnel or Scope Users to create automated test applications for their Agilent Infiniium Oscilloscope User Defined Application Provides: "Rapid automation for your Agilent Infiniium Oscilloscope" App Development Run App 31

32 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT.

33 Kaffeepause. 15 Minuten. datatec Ihr Spezialist für Mess- und Prüfgeräte 33