Nya mätmetoder har utvecklats under det senaste året som gör det möjligt att felsöka inbyggda system mycket systematiskt och noggrant. Det är effektiva metoder för snabb karakterisering och felsökning av konstruktioner som innehåller styrkretsar, DSP:er, FPGA:er, AD/DA-omvandlare och andra enheter som inkluderar adress- och databussar. Några verkliga utmaningar är beskrivna och för var och en finns en praktisk lösning given samt illustrerande bilder från verkliga problem man löst genom att använda waveform scanning.

Mike Hertz har arbetat som FAE hos LeCroy i Michigan i mer än sex år. Innan dess hade en motsvarande position på Agilent och Hewlett-Packard. Han har tre patentansökningar inom oscilloskopområdet.

När fel uppstår i en digital krets, kan det vara en utmaning att finna källan till problemet. En logikanalysator har inte möjligheten att utföra mätningar på det fysiska lagret som att mäta en stigtid på en enstaka puls och i ett traditionellt oscilloskop kan digitala och analoga signaler inte visas samtidigt. Med ett blandsignal oscilloskop (MSO) finns möjligheten att utföra mätningar på både digitala och analoga signaler. Våra nyaste MSO:er kan visa och mäta 36 logiska kanaler simultant med fyra vanliga analoga kanaler. Men även om man använder ett blandsignaloscilloskop kan felaktiga stigtider på en digital kanal endast observeras och mätas om man först kan lokalisera dem.

Att manuellt övervaka en vågform under längre tid är inte praktiskt och skulle man försöka, kan detta endast göras på korta inspelningar med kort minnesdjup plus att analysen då oftast blir begrännsad på grund av mänskliga fel. Samtidigt, vet vi att de inbyggda triggkretsarna i oscilloskop endast kan visa på problem vid triggpunkten och att triggvillkoren inte kan användas för att hitta många typer av problem som till exempel fel som finns dolt i en kedja av mätningar och matematiska operationer. För att lösa dessa problem kan nu utvecklare av inbyggda system välja ett digitalt oscilloskop som helt automaiskt söker efter orsaken till problem i logiken. Möjligheten att automatiskt söka i en vågform efter avvikelser, fånga avikelserna, samt att utföra rätt åtgärd baserat på egendefinierade sökkriterier kallas för waveform scanning. Det är en ny teknik som har inkluderats i många oscilloskop under det sensate året.

I Figur 1 visas åtta logikkanaler samlade i en digital vågformsgrupp (lila) och kallade Digital1. Ett bitfel (0 blir 1) händer simultant på alla åtta digitala kanaler vid triggpunkten. Anledningen till bitfelet är inte helt lätt att upptäcka när man tittar på den digitala vågformsgruppen. Genom att mäta på en digital kanal med en prob kopplad till en av de analoga ingångarna samt waveform scanning aktiverat kan oscilloskopet fånga varje händelse av tidsproblem i logiken och här indetifiera en så kallad runt-puls (en puls som ej når sin fulla amplitud) som orsak till problemet. Observera att funktionen waveform scanning tydligt visar avvikelserna med en röd rektangel på de två efterföljande runtpulserna med amplituden 1,3 V samt 720 mV. Runtpulsernas amplituder visas även i en tabell i det översta vänstra hörnet av skärmen och får ett indexnummer som matchar alla avvikande pulser som hittats. Dessutom visas en så kallad scan overlay vågform (blå färg). Observera att detta inte är en traditionell efterlysning (överlagrade vågformer) som normalt innehåller alla insamlade vågformer utan vår scan overlay är en speciell typ av persistence display som inkluderar endast de vågformer som har indetifierats som avvikande från det normala.

Hos inbyggda system kan olika karakteristik i det fysiska lagret påverka överföringen av digitala data. Ett exempel är om datafrekvensen (bithastigheten eller den inverterade bitperioden) driver över tiden så kan den klockade data som läses av mottagaren bli helt fel mottaget och tolkat som till exempel ett bitfel. Waveform scanning kan kontinuerligt övervaka en specific enhets karakteristik såsom datafrekvens för att säkerställa att alla värden faller innom ett specificerat område.

I Figur 2, visas en differentiell signal från en Can-buss som överförs med en nominell bitfrekvens på 125 kHz (eller 125 kb/s). Denna seriella dataöverföring blir avkodad av oscilloskopet och visar meddelanden som skickats från motor, kylsystem och drivlina. Förutom att kunna avkoda protokollagret kan olika händelser i det fysiska lagret behöva utforskas. Waveform scanning används här för att titta på bitfrekvenser och sökkriteriet är inställt på 125,01 kHz +/- 5 Hz. När bitfrekvensen överstiger de angivna toleransnivåerna är oscilloskopet inställt för att stoppa insamling av nya data. I detta exempel hittades fem felaktiga bitfrekvenser i insamlade data. Dessa avvikelser visas med hjälp av en röd rektangel plus att frekvenserna visas samlade i tabellen på vänstra sidan av skärmen. Den nedre vågformen är en automatisk zoom av en av de avvikande bitfrekvenserna och som hittades i checksummedelen (CRC) av ett meddelande från kylsystemet. Bitfrekvensen är upmätt till 125,012 kHz det vill säga en bitfrekvens som ligger utanför de egendefinerade toleransnivåerna.

Waveform scanning erbjuder snabb och effektiv felsökning av inbyggda system och kan automatiskt skanna av vågformer för att hitta till exempel distorsion i duty-cycle, frekvensdrift, allt för korta pulser, intermittenta fel och många andra fenomen. Arbetar man med långa minnesdjup med många händelser kan waveform scanning snabbt hitta och identifiera oönskade avvikelser. Arbetar man med multipla insamlingar kan denna teknik kontinuerligt söka efter problem och utföra åtgärder baserade på egendefinerade sökkriterier. När utmaningen i inbyggda system är relaterade till tidsproblem hittar waveform scanning snabbt dessa. Olika filtermetoder finns tillgängliga för att kunna sätta upp specifika sökkriterer och på så sätt fånga endast de problem som man söker. Möjligheten att komplettera resultaten med hjälp av histogram, överlagrade vågformer och specifika datavärden erbjuder en djupare analys av de problem som identifierats genom att skanna av vågformer. Dessa nya tekniker kan nu användas för att övervaka och felsöka praktiskt taget alla typer av inbyggda system.