Keysight Technologies Utilizando a Memória Segmentada do Osciloscópio para Aplicações em Barramentos Seriais. Nota de Aplicação

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1 Keysight Technologies Utilizando a Memória Segmentada do Osciloscópio para Aplicações em Barramentos Seriais Nota de Aplicação

2 Apresentação Se os sinais que você precisa capturar têm tempos ociosos relativamente longos entre pulsos com baixo ciclo de trabalho ou bursts de atividade de sinal, como dados seriais em pacotes, então usar a aquisição com memória segmentada pode aumentar o tempo e o número de pacotes seriais efetivamente capturados, com uma taxa de amostragem maior. Todos os osciloscópios têm memória de aquisição limitada. Você deve estar ciente que a profundidade de memória do osciloscópio determina a quantidade de tempo e o número de pacotes seriais que o osciloscópio pode capturar com uma taxa de amostragem específica. Embora você possa configurar a base de tempo do osciloscópio com um tempo/divisão bem lento para capturar por longos períodos de tempo e muitos pacotes seriais, o osciloscópio automaticamente reduzirá sua taxa de amostragem quando o intervalo máximo de tempo, com aquela taxa determinada, for excedido. Quando a taxa de amostragem é reduzida, ele não pode mais oferecer detalhes horizontais e verticais precisos das formas de onda (com base na largura de banda e na taxa de amostragem especificadas para aquele osciloscópio).

3 No caso dos osciloscópios InfiniiVision das séries 3000X e 4000X da Keysight, a profundidade de memória máxima é 4 Mpts e a taxa de amostragem máxima é 5 GSa/s. Isso significa que a quantidade máxima de tempo contínuo que o osciloscópio pode capturar enquanto ainda realiza amostragem em sua taxa máxima de 5 GSa/s é 800 μs (tempo de aquisição = profundidade de memória/taxa de amostragem). Já que a série 2000X da Keysight tem memória máxima de 1 Mpts, os osciloscópios dessa série capturam por um tempo máximo de 500 μs, com uma taxa de amostragem máxima de 2 GSa/s. A figura 1 mostra um exemplo no qual somente três pulsos estreitos puderam ser capturados com a taxa de amostragem máxima do osciloscópio. Mas e se você precisasse capturar e comparar 100 pulsos ou bursts consecutivos de atividade de sinal... ou talvez até pulsos ou pacotes seriais consecutivos? Se você precisa capturar por um intervalo de tempo maior ou mais pacotes seriais ao mesmo tempo em que digitaliza com uma taxa de amostragem alta, uma opção seria simplesmente adquirir um osciloscópio com mais memória. Infelizmente, comprar um osciloscópio com gigabytes de memória de aquisição pode ser uma opção mais cara. Mas se os sinais que você precisa capturar apresentam tempos ociosos longos entre os segmentos importantes da forma de onda, como pulsos com baixo ciclo de trabalho ou bursts de pacotes de dados seriais, então utilizar um osciloscópio com aquisição em memória segmentada pode ser uma solução mais econômica. Figura 1: o tempo de aquisição contínuo é uma função da profundidade de memória e da taxa de amostragem de um osciloscópio. A aquisição com memória segmentada pode efetivamente aumentar o tempo de aquisição total do osciloscópio dividindo a memória de aquisição disponível em segmentos menores de memória. O osciloscópio digitaliza seletivamente somente as partes importantes da forma de onda sob teste a uma alta taxa de amostragem como ilustrado na figura 2. Isso possibilita que seu osciloscópio capture sucessivamente muitas formas de onda de disparo único (single-shot), com um tempo de rearme muito rápido, sem perder informações importantes do sinal. Figura 2: a memória segmentada otimiza o tempo de captura dividindo a a memória de aquisição disponível em segmentos menores. 3

4 Depois que a aquisição com a memória segmentada é realizada, você pode facilmente ver todas as formas de onda sobrepostas em uma tela com persistência infinita e explorar cada segmento individualmente. No caso de aplicações de barramentos seriais, o osciloscópio também oferece decodificação automática de protocolos de cada pacote/segmento capturado. Embora a maior parte do tempo ocioso entre cada segmento não seja capturado, o osciloscópio fornece marcação de tempo para cada segmento para que você saiba o tempo exato entre cada pulso, cada burst ou cada pacote serial capturado. Aplicações de medição comuns para esse tipo de aquisição incluem medições de física de alta energia, medições de pulsos de laser, medições de bursts de radares e medições de pacotes de barramentos seriais. Primeiramente, mostraremos um exemplo mais tradicional de uso da memória segmentada para capturar uma série de pulsos de laser com ciclos de trabalho bem baixos. Depois, daremos um exemplo do que deveria ser considerada uma aplicação mais comum, mas menos conhecida, da memória segmentada, capturando pacotes consecutivos e seletivos de um barramento serial. Aplicações tradicionais da memória segmentada Uma das aplicações mais tradicionais da aquisição com memória segmentada em um osciloscópio é a captura de pulsos elétricos gerados por experimentos de física de alta energia para análise de pulsos de laser. A figura 3 mostra a aquisição com memória segmentada de pulsos de laser consecutivos com uma largura aproximada de 15 ns e um tempo de separação de aproximadamente 13 μs entre eles. Todos os pulsos capturados são exibidos com persistência infinita, enquanto o segmento selecionado no momento é mostrado na cor atribuída para o canal (amarelo para o canal 1). Figura 3: aquisição com memória segmentada captura pulsos de laser consecutivos para análise. 4

5 Aplicações tradicionais da memória segmentada (continuação) Além de ver todos os pulsos capturados em uma tela com persistência infinita, você também pode visualizar cada pulso capturado individualmente para obter mais detalhes. Note que o milésimo pulso capturado ocorreu exatamente 133,693 ms após o primeiro como indica a marcação de tempo do segmento na parte inferior esquerda da tela do osciloscópio. Com uma taxa de amostragem de 5 GSa/s, seria necessário 600 Mpts de memória de aquisição convencional para capturar esse período de tempo. Se esses pulsos de laser estivessem separados por 10 ms, seria necessário mais de 50 Gpts de memória convencional para capturar 10 segundos continuamente (1000 x 10 ms = 10 s). Infelizmente, não existem osciloscópios no mercado com uma memória de aquisição desse tamanho. E mesmo se você encontrasse um, ficaria assustado com o preço! Mas já que a memória segmentada só captura um segmento de tempo pequeno e específico de cada pulso e desativa o digitalizador do osciloscópio durante o tempo ocioso do sinal, os osciloscópios InfiniiVision da Keysight podem facilmente capturar essa quantidade de informações usando a aquisição com memória segmentada, por um preço muito mais razoável. Outra aplicação similar com física de alta energia envolve a medição da energia e dos formatos de pulso de sinais gerados por partículas subatômicas que ficam suspensas em torno de um anel acelerador (física de partículas). Pressupondo que as partículas subatômicas foram arremessadas por um anel acelerador de 3 km, a uma velocidade próxima à velocidade da luz ( metros/s), pulsos elétricos gerados em um único detector em algum lugar do anel de 3 km ocorreriam aproximadamente a cada 10 μs. Com a memória segmentada, você pode capturar, comparar e analisar pulsos sucessivos gerados por partículas subatômicas, com marcação de tempo precisa. Aplicações de pacotes de dados em barramentos seriais Embora talvez não tenha sido considerada antes, medir pacotes de barramentos seriais é outra área de aplicação em que a aquisição com memória segmentada pode otimizar o número de pacotes/quadros seriais capturados consecutivamente ignorando seletivamente (não digitalizando) o tempo ocioso insignificante entre eles. A memória também pode ser usada para capturar somente pacotes/quadros com um ID ou endereço específico e ignorar todos os outros pacotes e tempo ocioso. Barramentos seriais comuns, para os quais a memória segmentada pode ser usada para otimizar a captura de pacotes/ quadros, incluem I²C, SPI, RS-232/UART, USB, CAN, LIN, FlexRay, I²S, ARINC 429 e MIL-STD Para ilustrar como a aquisição com memória segmentada pode melhorar as medições de barramentos seriais, examinaremos a medição de um barramento CAN automotivo com um osciloscópio InfiniiVision da série 4000X da Keysight. Mas lembre-se de que os conceitos apresentados nessa aplicação específica com o barramento CAN aplicam-se a outros protocolos seriais, como I²C, SPI, UART, etc. 5

6 Aplicações de pacotes de dados em barramentos seriais (continuação) A figura 4 mostra a medição de um barramento CAN feita com o osciloscópio configurado para disparar na condição início do quadro (SOF). Usando essa condição de disparo com o modo de aquisição com memória segmentada ativado, o osciloscópio captura quadros CAN consecutivos facilmente em um tempo total de 2,385 segundos. Após capturar os segmentos/ quadros CAN, podemos navegar por todos eles individualmente para detectar anomalias ou erros. Além disso, podemos fazer medições de tempo de latência entre os quadros usando a marcação de tempo da memória segmentada. Figura 4: captura de quadros CAN decodificados consecutivos usando a memória segmentada em um osciloscópio InfiniiVision das séries X da Keysight. Após capturar frames CAN consecutivos com base na condição de disparo no início do quadro (SOF), talvez observemos algo peculiar sobre um ID de quadro específico, como o quadro de dados 07F e gostaríamos de analisar mais a atividade do nosso barramento serial CAN, mas somente quando o quadro de dados 07F é gerado. Podemos mudar a condição de disparo do osciloscópio para disparar apenas no ID 07F, para capturar seletivamente ocorrências consecutivas desse ID, como mostra a figura 5. Nesse exemplo, o osciloscópio capturou um intervalo de tempo de quase 20 segundos. Perceba que na tabela/ lista de protocolos da tela, cada quadro capturado tem o mesmo ID: 07F. Note também que o osciloscópio capturou um quadro de erro (destacado em vermelho) durante o segmento 996, que ocorreu 19,02 segundos após o primeiro quadro/segmento capturado. Figura 5: captura de ocorrências consecutivas somente de quadros de dados com ID 07F. 6

7 Aplicações de pacotes de dados em barramentos seriais (continuação) O próximo passo nesse processo de depuração de um barramento CAN, ainda usando a memória segmentada, poderia ser configurar o osciloscópio para capturar seletivamente ocorrências de todos os quadros de erro sinalizados, independentemente do ID do quadro. Para fazer isso, mudaríamos a condição de disparo do osciloscópio para disparar em quadros de erro. Mas já que esses quadros de erro ocorrem com pouca frequência, mudaremos o número de segmentos a serem capturados de para apenas 100. Na figura 6, podemos ver que o osciloscópio capturou 100 quadros de erro CAN consecutivos, em um intervalo de tempo de aproximadamente 12,5 segundos. Podemos ver na lista de protocolos que os quadros de erro parecem ocorrer somente durante os IDs 07F, 0BD e 000. Note também que o segmento 98, que tem ID 07F e está ampliado, contém uma falha estreita perto do fim do quadro. Talvez essa falha seja a causa dos quadros de erro ocorrerem no ID 07F às vezes. Figura 6: capturar 100 ocorrências consecutivas de quadros de erro CAN revelou uma falha no quadro com ID 07F. Resumo A aquisição com memória segmentada não deveria mais ser considerada uma função especial de um osciloscópio relegada a aplicações especiais, como experimentos de física de alta energia. Atualmente, a aquisição com memória segmentada está disponível em muitos osciloscópios com armazenamento digital. Ela otimiza a memória disponível aumentando o período de tempo que o osciloscópio pode capturar em um único disparo. Quando combinada com disparo e decodificação de barramentos seriais, esse modo de aquisição pode ser usado para depurar protocolos seriais com mais eficácia. Literatura relacionada Título da publicação Tipo de publicação Número da publicação Osciloscópios InfiniiVision da série 6000X Folha de dados PTBR Osciloscópios InfiniiVision da série 4000X Folha de dados PTBR Osciloscópios InfiniiVision da série 3000X Folha de dados PTBR Osciloscópios InfiniiVision da série 2000X Folha de dados PTBR Opção de memória segmentada Folha de dados PTBR Website dos produtos Para obter informações atuais e detalhadas sobre os osciloscópios InfiniiVision da Keysight, visite nosso website em 7

8 Osciloscópios Keysight Technologies Diversos modelos de 20 MHz a > 90 GHz Especificações líderes na indústria Aplicações poderosas 8

9 09 Keysight Utilizando a memória segmentada de osciloscópio para aplicações em barramentos seriais - Nota de aplicação anos GARANTIA anos GARANTIA mykeysight Veja apenas o que é relevante para você. AdvancedTCA Extensions for Instrumentation and Test (AXIe) é um padrão aberto que estende o AdvancedTCA para testes de uso geral e de semicondutores. A Keysight é um membro fundador do consórcio AXIe. LAN extensions for Instruments agrega o poder da Ethernet e da Web aos seus sistemas de teste. A Keysight é um membro fundador do consórcio LXI. A instrumentação modular PCI extensions for Instrumentation (PXI) oferece um sistema de medição e automação robusto e de excelente desempenho baseado em PC. Três Anos de Garantia Um compromisso da Keysight para produtos com qualidade superior e custo total de propriedade mais baixo. A única empresa de teste e medição com três anos de garantia padrão para todos os instrumentos, no mundo todo. Planos de assistência da Keysight Até cinco anos de proteção e nenhuma surpresa no seu orçamento para garantir que seus instrumentos operem conforme as especificações e que você possa confiar em medições precisas. Keysight Technologies, Inc. Certificação DEKRA ISO 9001:2008 Sistema de Gestão de Qualidade Parceiros de canal da Keysight Tenha o melhor dos dois mundos: o conhecimento em medição e a extensa linha de produtos Keysight com a conveniência do canal de parceria. Para mais informações sobre produtos, aplicações ou serviços, contate a Keysight mais próxima de você. A lista completa está disponível em: Américas Brasil Canadá (877) Estados Unidos (800) México Ásia e Pacífico Austrália China Cingapura Coreia Hong Kong Índia Japão 0120 (421) 345 Malásia Taiwan Outros países (65) Europa e Oriente Médio Alemanha Áustria Bélgica Espanha Finlândia França Irlanda Israel Itália Luxemburgo Países Baixos Reino Unido Rússia Suécia Suíça Opção 1 (DE) Opção 2 (FR) Opção 3 (IT) Para outros países, acesse: (BP ) Informações sujeitas a alterações sem aviso prévio. Keysight Technologies, Published in USA, August 2, PTBR