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Oszilloskop RTO2000 – All-in-one-Testgerät für Multi-Domain-Anwendungen : Ausgabe 15/2017, 21.09.2017

Zeitkorrelierte Analyse der Signalvielfalt von Embedded Designs

Die Oszilloskope R&S RTO2000 (Bild 1) bieten sehr gute Signaltreue, bis zu 16 Bit Auflösung und hohe Erfassungsraten in der 600-MHz- bis 6-GHz-Klasse. Zahlreiche Werkzeuge sowie komfortable Bedien- und Dokumentationsfunktionen erleichtern die zeitkorrelierte Analyse der Signalvielfalt von Embedded Designs.

Embedded Designs, das hochintegrierte Nebeneinander einer Vielzahl von Komponenten unterschiedlichster Technologien, sind heute die Herausforderung für die Messtechnik in Entwicklung und Service. Diese anspruchsvollen Messaufgaben erfordern intelligente Lösungen. Die kommen mit dem Oszilloskop, dem All-in-one-Testgerät für Multi-Domain-Anwendungen. Seine umfangreichen Werkzeuge umfassen Funktionen für Zeit-, Frequenz-, Logik- und Protokollanalyse – eine Vielfalt, die früher mehrere dedizierte Messgeräte erforderte.

Multi-Domain-Funktionalität für ganzheitliche Tests

Dank der rauscharmen Eingangsstufen und der hochauflösenden A/D-Umsetzer messen die analogen RTO2000-Eingangskanäle im Zeitbereich mit hoher Genauigkeit und Dynamik. Der Anwender profitiert von zuverlässigen Ergebnissen, angefangen vom einfachen Prüfen von Spannungspegeln über der Zeit bis hin zu speziellen Messungen wie Jitter-Analysen an Takt- oder Datensignalen sowie bei Leistungsanalysen an Schaltnetzteilen.

16 digitale Kanäle erweitern die Messressourcen des Oszilloskops, beispielsweise um an digitalen Schnittstellen die logischen Pegel (High, Low) zeitlich genau zu vermessen. Auch Timing-Fehler in parallelen Schnittstellen sind damit schnell aufgedeckt.

Die umfangreichen Werkzeuge für die Analyse protokollbasierter serieller Schnittstellen stellen ein breites Spektrum an Trigger- und Decodier-Optionen für Standards wie I2C, SPI, USB oder Ethernet zur Verfügung. Beim RTO2000 sind die analogen wie auch die digitalen Kanäle zur Protokolldecodierung einsetzbar. Das Gerät triggert durch die hardwareunterstützte Protokolltriggerung zuverlässig und schnell auf Details wie Adressen oder Daten.

Eine Vielfalt von Messvarianten erlaubt auch das Erfassen von Funksignalen

Auch wenn Spektrumanalysatoren zur genauen Vermessung von Funkschnittstellen erste Wahl sind, so ist dieses Oszilloskop dank der hohen Messdynamik seiner analogen Kanäle auch sehr gut zum Erfassen von Funksignalen geeignet. Für Tests auf Systemebene liefern die Kanäle eine genaue zeitliche Korrelation zu den anderen Funktionseinheiten in Embedded Designs.

Diese Vielfalt an Messmöglichkeiten zeigt Bild 2 am Beispiel einer IoT-Anwendung (Internet of Things) mit WiFi-Funkmodul. Kanal 1 (Gelb) erfasst das WiFi-Signal und stellt es im Zeitbereich dar. Aber erst im Spektrum (Math4) ist die Signalform deutlich zu sehen. Den Einfluss der Funkaktivität auf den Stromverbrauch visualisiert Kanal 3 (Orange). Zusätzlich können auch die Steuerbefehle der USB-Schnittstelle im zeitlichen Zusammenhang betrachtet werden. Die mit Kanal 2 und 4 (Grün und Blau) erfassten Signale decodiert die Option RTO-K60 in lesbare USB-Daten.

Analyse kleiner Ströme in Bezug zu Systemfunktionen

Nach ersten Funktionstests am elektronischen Design folgt die Schaltungsoptimierung. Bei mobilen Anwendungen steht die Minimierung des Stromverbrauchs im Vordergrund. Dazu bedarf es einer Messtechnik, die kleine Ströme bis in den 1-mA-Bereich auflösen kann, und die genaue zeitliche Korrelation von Strom­änderungen mit Aktivitäten der Schaltung erlaubt, wie sie beispielsweise beim Senden von Funksequenzen oder beim Eintritt in einen Stromsparmodus auftreten.

Zum Messen kleiner Spannungen und Ströme ist das RTO2000 dank der hohen Dynamik und Empfindlichkeit seiner analogen Eingangskanäle besonders geeignet. Zudem steht ihm mit der optionalen RT-ZC30 eine empfindliche Stromzange zur Seite, die bei 120 MHz Bandbreite Ströme bis 1 mA messen kann. Im HD-Modus sind sogar dynamische Schwankungen bis zu 100 µA auflösbar.

Durch die Strommessung mit einem analogen Kanal ist ein fester zeitlicher Bezug zu den anderen Messsignalen gegeben. Bild 3 zeigt ein Beispiel, in dem mit einer Stromzange im Kanal 3 (Orange) ein Strom von 1,7 mA während einer Schlafsequenz gemessen wird. Der Stromverbrauch wird mit dem Funksignalausgang auf Kanal 1 (Gelb) und der Systemaktivität an der UART-Schnittstelle korreliert. Während der Schlafsequenz sendet das Modul keine Funksignale, empfängt aber regelmässig Paging-Signale der Basisstation. Der Stromverbrauch steigt kurzfristig auf 105 mA und das Modul sendet ein UART-codiertes Kommunikationssignal auf der Clear-To-Send-Leitung (CTS), das mit einem digitalen Kanal erfasst wird.

Erweitertes Debugging im Spektrum

Die leistungsstarke FFT-basierte Spektrum­analysefunktion über alle analogen Eingangskanäle im RTO2000 eröffnet zusätzliche Möglichkeiten, beispielsweise für die Analyse von Funksignalen, bei der EMV-Fehlersuche nach Störern im Spektrum oder für die spektrale Bewertung von Spannungsversorgungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen FFT-Implementationen bei Oszilloskopen erreicht dieses Messgerät mit seiner Digital Down Conversion (DDC), bei der die FFT-Berechnung auf einen ausgewählten Frequenzbereich beschränkt werden kann, eine höhere Auflösung und Darstellgeschwindigkeit.

Komfortable Funktionen wie automatische Messungen, Peak-Listen, Max-Hold-Detektoren oder Maskentests unterstützen bei der Fehlersuche im Spektrum. Eine Besonderheit ist das Spektrogramm, welches Änderungen von Frequenzkomponenten über der Zeit sichtbar macht.

Zonen-Trigger im Zeit- und im Frequenzbereich

Sehr innovativ ist auch der neue Zonentrigger, mit dem sich Ereignisse im Zeit- und im Frequenzbereich grafisch separieren lassen. Bis zu acht Zonen beliebiger Form können definiert und als Triggerbedingung logisch verknüpft werden. Ein Trigger wird ausgelöst, wenn definierte Zonen vom Messsignal durchlaufen oder nicht berührt werden. Damit lassen sich beispielsweise bei der EMV-Fehlersuche Störer im Spektrum detektieren oder Lese- und Schreibzyklen von Speicher-Controllern separieren.

Fazit

Vielseitigkeit, Messgeschwindigkeit, Präzision und Komfort gehen beim R&S RTO2000 eine ganz besondere Verbindung ein. Zeit-, Frequenz-, Logik- und Protokollanalyse arbeiten dabei Hand in Hand. Beispiellos in dieser Klasse ist laut Anbieter die Erfassungsrate von bis zu 1 Mio. Messkurven pro Sekunde. Die hohe Messdynamik der Geräte bewährt sich nicht nur im Zeit- sondern auch im Frequenzbereich, den das RTO2000 dank Hardware-FFT zur Analyse aufbereitet. 16 Bit Auflösung im HD-Modus, die ohne Abstriche vom Triggersystem genutzt werden können, decken feinste Signaldetails auf. Laut Hersteller bietet dieses Oszilloskop als erstes Gerät einen Zonen-Trigger für den Frequenzbereich und fängt damit Ereignisse ein, die sich vor allem durch ihre spektrale Signatur definieren. Ausstattung und Bedienung unterstützen durch ihre hohe Variabilität bei der schnellen Lösung anspruchsvoller Messaufgaben. 

Datenblatt RTO2000: 15_17.50.pdf

Infoservice

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Bild 1: Überzeugend in Multi-Domain-Anwendungen: das innovative Oszilloskop R&S RTO2000


Bild 3: Messung des Stromverbrauchs eines Embedded Designs im Schlafmodus – die Basisstation bleibt weiter mit dem GSM-Funkmodul durch Paging in Kontakt (kurze Strompulse)


Bild 2: Beispiel einer Multi-Domain-Anwendung – IoT-Baustein mit WiFi-Funkmodul, batteriebetriebener Stromversorgung und USB-Schnittstelle