Debugging von Embedded Designs mit Mixed-Signal-Oszilloskopen. Sylvia Reitz Produktmanagerin Oszilloskope Rohde & Schwarz GmbH & Co KG Oktober 2014

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1 Debugging von Embedded Designs mit Mixed-Signal-Oszilloskopen Sylvia Reitz Produktmanagerin Oszilloskope Rohde & Schwarz GmbH & Co KG Oktober 2014

2 Agenda ı Was sind Embedded Designs? ı Welche Vorteile haben Mixed-Signal-Oszilloskope? ı Debugging einer Baugruppe mit AD-Wandler ı Das R&S Oszilloskop Portfolio in Kürze

3 Embedded System Designs Definition Ein Embedded System (eingebettetes System) besteht aus einer Rechnereinheit (Microcontroller oder DSP) und mehreren analogen und digitalen Komponenten. Meistens ist ein Embedded System an eine spezielle Aufgabe angepasst (Überwachungs-, Steuerungs-, Regelfunktion, Daten-, Signalverarbeitung) Beispiele für Embedded Designs: Telecommunication Systems Consumer Electronics Automotive - Telephone Switches - Mobile Phones - Routers - Network Bridges - DVD Players - MP3 - Microwave ovens - Cellular Phone - Airbag Controller - Engineer Control Module (ECM) - Tyre Pressure Controller - Antilock brake controllers Router Board With WiFi Embedded Computer on Module Engine Control Module

4 Logic Buffer Embedded System Designs l Bestehen aus analogen und digitalen Funktionsblöcken l Die Signale dieser Funktionsblöcke und deren Beziehungen zueinander müssen gleichzeitig und zeitkorreliert untersucht werden Beispiel: Baugruppe mit AD-Wandler SPI Schnittstelle Referenztakt Stromversorgung SCLK CS MOSI CLK V Ref ADC Eingangssignal SPI Sampling Clock LPF Amp ADC ADC Ausgangssignal

5 Mixed Signal Oszilloskope Ein MSO kombiniert l analoge Kanäle eines Digitalen Oszilloskops l digitale Kanäle und Messeigenschaften eines Logik Analysators l serielle Protokollanalyse in einem Gerät + =

6 Mixed Signal Oszilloskope ı Analoge Kanäle Signalamplitude über Zeit Typischerweise 2 oder 4 Kanäle Hohe Abtastrate und Bandbreite Vermessen der Signalcharacteristik ADC ı Digitale Kanäle Logischer Zustand über Zeit Typischerweise 16 Kanäle Niedrigere Abtastrate und Bandbreite Evaluierung Logischer Zustände Threshold Logic 1 Logic 0 Vth Logic 0 Logic 1 Logic 0

7 Logic Buffer Test Setup mit dem R&S RTE R&S Signal Generator PC mit SPI Kontroll-Software R&S Stromversorgung SCLK CS MOSI CLK V Ref SPI Sampling Clock R&S RTE Digitales Oszilloskop mit MSO Option RTE-B1 R&S Signal Generator LPF Amp ADC Digitale Kanäle Analoge Kanäle

8 Das R&S RTE auf einen Blick R&S RTE Spezifikationen Bandbreite Analoge Kanäle Abtastrate Speichertiefe Vertikale Auflösung Erfassungsrate ENOB (ADC) > 7 MSO (R&S RTE-B1 Option) Serielle Protokolle Bildschirm 200 MHz, 350 MHz, 500 MHz, 1 GHz (erweiterbar) 2/4 Kanäle 5 Gsample/s pro Kanal 10 Msample pro Kanal (optional 50 Msample) bis zu 16 Bit > 1,000,000 waveforms/s 16 digitale Kanäle 5 Gsample/s, 100 Msample Embedded (I 2 C, SPI) Computer (UART, RS232) Automotive (CAN, LIN, FlexRay TM ) Audio (I 2 S, LJ, RJ, TDM) A&D (MIL-1553, ARINC 429) 10.4", Farbe, Touch; Pixel; Mehrfachdiagramme (R&S SmartGrid)

9 Logic Buffer Analyse des ADC Eingangssignals R&S Signal Generator PC mit SPI Kontroll-Software R&S Stromversorgung SCLK CS MOSI CLK V Ref SPI Sampling Clock R&S RTE Digitales Oszilloskop mit MSO Option RTE-B1 R&S Signal Generator LPF Amp ADC Analoge Kanäle

10 Analyse des ADC Eingangssignals QuickMeas Ergebnisse auf Knopfdruck ı Schneller Zugriff über die Werkzeugleiste ı Bis zu 8 Messergebnisse gleichzeitig ı Frei definierbar & speicherbar

11 Analyse des ADC Eingangssignals FFT basierte Spektralanalyse ı Schneller Zugriff über Werkzeugleiste ı Einfache Bedienung durch Eingabe von Mittenfrequenz, Span und Auflösebandbreite

12 Logic Buffer Analyse des ADC Ausgangssignals R&S Signal Generator PC mit SPI Kontroll-Software R&S Stromversorgung SCLK CS MOSI CLK V Ref SPI Sampling Clock R&S RTE Digitales Oszilloskop mit MSO Option RTE-B1 R&S Signal Generator LPF Amp ADC Digitale Kanäle

13 Analyse des ADC Ausgangssignals ı Bis zu 16 digitale Kanäle mit der Option RTE-B1 ı Detailtreue: Hohe Abtastrate von 5 GSa/s bei 100 MSa Speicher pro digitalem Kanal ı Aktivitätsanzeige: Schneller Überblick über alle Logikkanäle im Signal-Icon

14 Analyse des ADC Ausgangssignals

15 Analyse des ADC Ausgangssignals

16 Analyse des ADC Ausgangssignals Analoge Busdarstellung ı Direkter Vergleich zwischen A/D-Wandler Eingang und Ausgang ı Hohe Abtastrate über die gesamte Speichertiefe wichtig ı Spikes im A/D-Wandler Ausgang Verletzung der Setup/Hold-Zeiten

17 Analyse des ADC Ausgangssignals Deskew ı Zeitlicher Versatz von jedem digitalen Kanal gegenüber allen anderen

18 Analyse des ADC Ausgangssignals Deskew ı Zeitlicher Versatz des Taktsignals gegenüber den Datensignalen Spikes verschwinden

19 Analyse des ADC Ausgangssignals Reaktionszeit SPI Kommando zu ADC Ausgang Logic Buffer R&S Signal Generator PC mit SPI Kontroll-Software R&S Stromversorgung SCLK CS MOSI CLK V Ref SPI Sampling Clock R&S RTE Digitales Oszilloskop mit MSO Option RTE-B1 R&S Signal Generator LPF Amp ADC Digitale Kanäle

20 Analyse des ADC Ausgangssignals SPI Bus ı Dekodierung von bis zu vier parallelen und/ oder seriellen Bussen gleichzeitig ı Trigger & Dekodier Optionen für I 2 C/SPI (RTE-K1) UART/RS232 (RTE-K2) CAN/LIN (RTE-K3) FlexRay TM (RTE-K4) I 2 S/LJ/RJTDM (RTE-K5) MIL-STD-1553 (RTE-K6) ARINC 429 (RTE-K7)

21 Analyse des ADC Ausgangssignals Reaktionszeit SPI Kommando zu ADC Ausgang

22 Analyse des ADC Ausgangssignals Reaktionszeit SPI Kommando zu ADC Ausgang

23 Zusammenfassung ı Embedded Designs sind ein integraler Bestandteil moderner elektronischer Geräte. ı Analoge Signale, parallele und serielle Busse müssen gleichzeitig und zeitkorreliert untersucht werden. ı Mit Mixed-Signal-Oszilloskopen können Anwender mit nur einem universellen Messgerät Embedded Designs im Detail analysieren.

24 Bandwidth Das R&S Oszilloskop Portfolio NEW R&S RTO MHz to 4 GHz HMO MHz to 100 MHz HMO Compact 70 MHz to 200 MHz HMO MHz to 500 MHz R&S RTM MHz to 500 MHz R&S RTE MHz to 1 GHz ECONOMY VALUE BENCH LAB Performance class / segment 25

25 Das R&S Tastkopf-Portfolio EMC near field Fixtures Standard Broadband Single-ended Differential High voltage Current PASSIVE ACTIVE SPECIALIZED

26 Die R&S Oszilloskop-Applikationen Zeitbereichsanalyse Allgemeine Fehlersuche Leistungsanalyse getaktete Schaltnetzteile Signalintegrität Jitter Analyse Compliance Test (USB 2.0, Ethernet) Mixed Signal Analyse Embedded Design Debugging Systemverifikation ADC Test Zeitkorrelierte Analyse digitaler & analoger Signale Scope of the Art Triggern & Dekodieren Embedded (I 2 C, SPI) Computer (UART, RS232) Automotive (CAN, LIN, FlexRay TM ) Audio (I 2 S, LJ, RJ, TDM) A&D (MIL-1553, ARINC 429) Serielle Bus Analyse Frequenz Analyse EMV Fehlersuche Spektrale Messungen Vektor Signal Analyse NFC Analyse LTE (MIMO) Analyse Generische OFDM Analyse

27 Zeit für Fragen

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