Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Суббота, 17 ноября
 
 

Это интересно!

Ранее

Выбор осциллографа с оптимальной полосой пропускания

Полоса пропускания - характеристика, которую большинство инженеров рассматривают в первую очередь при выборе осциллографа. В этой статье даются некоторые советы по выбору осциллографа с адекватной полосой пропускания для цифровых и аналоговых приложений.

Анализаторы спектра в реальном масштабе времени

В статье кратко описаны возможности технологии анализаторов спектра Tektronix, использующих технологию DPX. Приведены причины, поясняющие необходимость применения подобных приборов, основная особенность которых — регистрация переходных процессов ВЧ-сигналов.

Генераторы сигналов: наведение мостов над пропастью

В статье описываются современные виды генераторов сигналов: недорогие простейшие функциональные генераторы (Arbitrary Function Generators, AFG) и высокоточные дорогие генераторы сигналов произвольной формы ( Arbitrary Waveform Generators, AWG). Новая серия Wonder Wave от Tabor сочетает лучшие характеристики обоих видов генераторов.

 

15 апреля

Прямой синтез сигналов для тестирования последовательных шин

По мере роста скоростей передачи данных проверка работы высокоскоростных схем последовательной передачи данных все более сосредотачивается на тестировании приемного устройства в условиях помеховой нагрузки. Сложность тестовой системы, а также непостоянная аналоговая природа реальных сигналов потребовали улучшения методики тестирования для имитации помех и искажений сигнала. В статье рассказывается о применении для этого технологии прямого синтеза сигналов, реализованной в высокоскоростных генераторах сигналов произвольной формы.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
112
WWW.ELCP.RU
В течение многих лет в передаче данных между цифро-
выми устройствами господствовал установившийся подход,
диктовавший использование широких синхронных парал-
лельных шин. Однако при высоких тактовых частотах про-
блемы синхронизации стали настоящим бедствием парал-
лельных шин. Это сильно ограничивало их способность
успевать за требованиями высокоскоростных вычислитель-
ных архитектур, применяемых в серверах и графических
системах.
Распространение последовательных шин за последние
несколько лет преобразило компьютерную индустрию.
Последовательные шины пересылают только однобитные
потоки данных и обладают способностью «самосинхро-
низации». Это снимает проблему «перекоса» временной
диаграммы сигнала, характерную для параллельных техно-
логий. При последовательной передаче данных синхрони-
зация становится гораздо менее проблематичной, и архи-
тектурные ограничения на общую пропускную способность
снижаются. В результате скорости последовательной пере-
дачи данных перевалили за 1 Гб/с, а текущие реализации
уже подходят к значениям 3…6 Гбит/с.
Однако по мере все более частого применения в цифро-
вых системах мультигигабитных скоростей последователь-
ной передачи данных перед проектировщиками все острее
встает новая проблема: целостность сигнала (его качество),
необходимое для правильной работы интегральных схем.
Один неправильный бит в потоке данных может вызвать
сбой выполнения инструкции или транзакции.
По мере роста скоростей передачи данных развивается
и процесс тестирования схем последовательной передачи
данных. Почти все «последовательные» стандарты (напри-
мер, PCI Express или Serial ATA) содержат набор рекомен-
дуемых спецификаций тестирования. Эти спецификации
публикуют организации, ответственные за стандарт. Когда
По мере роста скоростей передачи данных проверка работы высокоскоростных схем
последовательной передачи данных все более сосредотачивается на тестировании
приемного устройства в условиях помеховой нагрузки. Сложность тестовой систе-
мы, а также непостоянная аналоговая природа реальных сигналов потребовали улуч-
шения методики тестирования для имитации помех и искажений сигнала. В статье
рассказывается о применении для этого технологии прямого синтеза сигналов, реа-
лизованной в высокоскоростных генераторах сигналов произвольной формы.
Кристофер Лоберг (Christopher J. Loberg), Tektronix, Inc.
Прямой синтез сигналов
для тестирования
последовательных шин
Рис. 1. Высокоскоростной генератор сигналов произвольной формы (предостав-
лено компанией Tektronix)
скорость передачи превысила 1 Гбит/с, в стандартах нача-
ли делать акцент на тестировании приемных устройств в
наихудших условиях (стресс-тесты). Это стало важным кон-
трольным ориентиром успешной работы высокоскоростных
последовательных схем. По мере «утончения» бита (пере-
хода в области пикосекунд и микровольт) воздействие на
схему шума, джиттера (фазовой нестабильности фронтов
импульсов), перекрестных наводок, распределенных реак-
тивных сопротивлений, колебаний электропитания и других
помех повышает риск потерь в принимаемом сигнале.
Чтобы эффективно провести стресс-тестирование высо-
коскоростного последовательного приемного устройства,
необходимо воссоздавать различные неблагоприятные
условия. Это позволит определить способность приемного
устройства четко распознавать биты с высокой степенью
достоверности. При этом для описания цифровых данных
приходится использовать аналоговые параметры, т.к. циф-
ровые сигналы являются в своей основе аналоговыми
событиями. Нулевое время роста и идеально плоская вер-
шина сигнала — это фикция. Цифровой «прямоугольный
импульс» в реальности редко соответствует своему теоре-
тическому прототипу. Достоинство специального источника
сигнала заключается в его способности единообразно ими-
тировать различные аналоговые дефекты.
Технология, по которой создается сигнал для стресс-
тестирования, называется прямым цифровым синтезом.
Технология прямого синтеза как подход к проектированию
устройств документирована в статье [1] организации IEEE,
опубликованной в 1971 г. Эта технология позволяет созда-
вать сигналы, которые заключают в себе эффекты распро-
странения по линии передачи. Время нарастания сигнала,
формы импульсов, задержки и искажения — всем этим
можно управлять. Это именно то, что нужно делать для тща-
тельного тестирования последовательных шин.
Методика прямого синтеза основана на технологии
выборок (дискретизации). Осциллограф получает элемен-
ты выборки из аналоговых сигналов. А источник сигнала
прямого синтеза, или генератор сигналов произвольной
формы (ГСПФ), создает сигналы аналоговой формы из эле-
ментов выборки. Его выходной сигнал представляет собой
набор цифровых данных, как в реальной последовательной
шине данных. Элементы выборки в памяти ГСПФ могут
определять, вообще говоря, сигнал любой формы, включая
цифровые импульсы. Конечно, этим сигналам по-прежнему
присущи естественные физические ограничения и опреде-
ленная полоса пропускания. Но в пределах заданного диа-
пазона ГСПФ может создать пакет для последовательной
передачи данных со скоростью 5 Гб/с. Новое поколение
ГСПФ (см. рис. 1) способно генерировать сигналы с высо-
background image
113
электронные компоненты №4 2008
Рис. 2. Типовая система стресс-тестирования приемного устройства
кими скоростями передачи данных, которые часто встреча-
ются в современных последовательных шинах. Новые при-
боры имеют частоту дискретизации до 20 гигавыборок/с,
несколько выходов и память большого объема для под-
держки длинных последовательностей сигналов. Эта новая
разработка способна существенно улучшить измерения
качества последовательной передачи данных, особенно на
стороне принимающего устройства.
Методику прямого синтеза можно использовать, напри-
мер, для вставки джиттера в последовательный поток
данных, чтобы определить его влияние на поведение при-
нимающего устройства. Для вставки таких искажений в при-
нимаемый сигнал раньше использовались (и используются)
генераторы испытательного сигнала (ГИС). Вставка джиттера
традиционно осуществляется с помощью генераторов
данных (ГД), также известных под названием генераторов
испытательных сигналов и синхроимпульсов. Долгое время
такие генераторы служили основой в измерениях после-
довательных сигналов, включая тесты на устойчивость при-
емных устройств к джиттеру. В последующих объяснениях
мы сравним метод применения ГД и ГИС с альтернативной
технологией использования прямого синтеза.
На рисунке 2 изображена типичная тестовая система для
измерений джиттера на приемном устройстве. Этот рису-
нок показывает оборудование, необходимое для создания
последовательностей данных, содержащих и случайный, и
детерминированный джиттер.
Этот подход требует постепенного увеличения уровня
регулярного и шумового джиттера в составе тестового сиг-
нала, пока устройство не начнет выдавать ошибки. Чтобы
определить соответствие устройства его спецификациям,
измеряют амплитуду джиттера. Цель создаваемой конфи-
гурации измерительного оборудования — смоделировать
реальные компоненты системы, вносящие любой вид джит-
тера, с которым может столкнуться приемное устройство
при работе в составе системы.
Представленная тестовая система не лишена недостат-
ков. Стресс-тестирование приемного устройства для таких
стандартов, как Serial ATA [2], требует, чтобы испытываемый
прибор следовал инструкциям встроенного самотестиро-
вания (built-in self test, BIST). Формат этих инструкций пред-
ставляет собой информационные кадры (frame information
structure, FIS). Последовательные приемопередатчики
или трансиверы (с элементами передатчика, приемника и
параллельно-последовательного преобразователя) могут
переходить в специальный петлевой (loopback) режим, или
режим шлейфовой проверки линии. В этом режиме они
получают специальную последовательность фреймов BIST-L
(где L и означает loopback, т.е. «петля»). Когда устройство
работает в этом режиме, передающее устройство отсылает
эхо-повтор принятого сигнала.
Исторически инструкции BIST предоставлялись внешним
компьютером, на котором запускалось специальное прило-
жение, написанное для этих целей. К сожалению, большин-
ство трансиверов выходит из режима шлейфовой проверки
и возвращается в нормальный режим работы сразу после
отключения источника BIST. Это делает невозможным про-
ведение тестов. Традиционный подход к этой проблеме
заключается в подаче команд BIST на испытываемое устрой-
ство через сумматор сигнала. Другой вход сумматора под-
ключается к генератору сигналов, который будет обеспе-
чивать поток тестовых данных, как показано на рисунке 2.
Когда в тестовую цепь включен сумматор сигнала, ГД может
начинать подачу тестовых данных на испытываемое устрой-
ство сразу после активации режима шлейфовой проверки,
и при этом не нужно переключение.
Использование сумматора — вполне работоспособное
решение, но и оно не лишено недостатков. Это решение
сложнее, оно вносит погрешности из-за образования пло-
хих соединений, плохого электрического контакта и воз-
никновения других механических проблем. Также решение
с сумматором нуждается в калибровке всех источников
входного сигнала, необходимой для корректного учета
всех вносимых компонентов джиттера. Самое важное, что
сумматор ослабляет сигнал данных, причем это ослабление
может достигать 50%. Часто с этим можно бороться путем
увеличения амплитуды выходного сигнала ГД, но ведь
рабочие характеристики прибора ограничены. Более того,
увеличение амплитуды неизбежно увеличивает шумы и,
потенциально, помехи.
background image
114
WWW.ELCP.RU
Рис. 3. Создание сигнала WiMedia с помощью ПО RF Express от компании Tektronix
Перечисленных сложностей можно избежать, используя
подход прямого синтеза и ГСПФ. С помощью ГСПФ можно
создавать сигнал нужной формы с необходимым для стресс-
тестирования уровнем джиттера,. Кроме того, в сигнале
можно закодировать набор инструкций BIST для активации
испытываемого устройства. Это лишь некоторые из много-
численных задач, которые можно выполнять с помощью
ГСПФ и технологии прямого синтеза. Чтобы обеспечить пра-
вильную генерацию сигнала, важно располагать инструмен-
тами для регистрации, редактирования и проверки важных
сигналов, необходимых для успешного тестирования.
Традиционно сигнал нужной формы разрабатывают
такими общими средствами моделирования, как MatLab
компании The Mathworks. Хотя эти программные продукты
и остаются важными для большинства проектов по разра-
ботке, специфичная природа стандартов последовательных
данных создала потребность в программном обеспечении
(ПО) другого рода. Оно должно обеспечивать представ-
ление уровня протокола и трансляцию формы сигнала в
исполняемый файл. Примером такого ПО является недавно
созданный фирмой Tektronix пакет RF Express. Он обеспе-
чивает представление уровня протокола на базе WiMedia,
пригодное для создания и редактирования сигнала. Это
новое мощное средство (см. рис. 3) предоставляет возмож-
ность создавать сигналы заданной формы, включая такие
дополнительные элементы, как джиттер и протоколы обме-
на данными с испытываемым устройством.
ГСПФ Tektronix AWG7000 с соответствующими средства-
ми редактирования сигнала или библиотекой сигналов
способен генерировать неидеальные сигналы. Также при-
бор может воспроизводить реальные зарегистрированные
сигналы, содержащие шумы и джиттер, с коррекцией пред-
и постыскажений, а также обеспечивать многоуровневую
передачу сигналов со скоростями до 10 Гб/с.
На сайте компании Tektronix [3] доступна большая библи-
отека сигналов, созданных для тестирования высокоско-
ростных систем на основе различных стандартов, например
SATA, WiMedia, high-speed USB, Ethernet.
Литература
1. Tierney J., Rader C., Gold B. Цифровой синтезатор частот//
Сборник трудов IEEE по аудио- и электро акус тике, AU-19:1, март, 1971.
2. www.sata_io.org.
3. www.tek.com/products/signal_sources/waveform.html.
ПРИГЛАШАЕМ К СОТРУДНИЧЕСТВУ
| ПредЛагаем вниманию ПотенциаЛьных авторов сЛедующие темы статей |
ЭК8
И в этом номере журнала будет только один тематический раздел – «Источники питания». Это
понятие мы трактуем расширенно и собираемся охватить очень большой диапазон решений: от
DC/DC-преобразователей мощностью в доли ватта до инверторов и преобразователей мощно-
стью в десятки киловатт, в том числе и источники бесперебойного питания. Также затронем и актуальный вопрос – устой-
чивость источников питания при работе на динамическую нагрузку.
На наш взгляд, интересным и важным является вопрос построения источников питания для устройств промышленной
автоматики, сервоприводов и аналогичных приложений, в которых обычно точность поддержания напряжения не превы-
шает ±10%, а пульсации выходного напряжения практически не имеют значения. Применение стабилизированных источ-
ников в этих приложениях из-за высокой цены не всегда оправданно, но и разработка собственного источника тоже не
панацея. А если все же строить собственный источник, то из каких «кирпичиков»: брать готовые силовые модули, исполь-
зовать готовые специализированные контроллеры, что сейчас есть на рынке, что разрабатывать самому? К обсуждению
этих вопросов мы и приглашаем наших читателей и авторов.
ЭК 9
В тематическом разделе «Дискретные силовые компоненты» мы хотим рассказать о полупровод-
никовых компонентах и сборках, применяемых для построения изделий силовой электроники.
Ждем от наших читателей обзорно-аналитические статьи со сравнительным анализом силовых
компонентов различных компаний, а также материалы, посвященные особенностям их применения в различных схемах.
В раздел «Беспроводные технологии» мы планируем включить статьи, рассказывающие и о компонентах, и о реше-
ниях на их основе, в том числе и об изменениях в существующих стандартах. Ждем от читателей статьи, описывающие
применение различных модулей и беспроводных платформ.
ЭК 10
Название тематического раздела «Дисплеи» говорит само за себя, но в этом разделе мы хоте-
ли бы коснуться и схемотехнических решений по управлению дисплеями. Нам кажется, что в
статье подобного плана должны быть упомянуты компоненты и решения различных компаний,
а также рассмотрены варианты схемотехнических решений. Конечно, в этом разделе мы ожидаем статьи и о новинках и обзор-
ные статьи, рассматривающие тенденции развития этого приложения.
Тему раздела «Измерительные приборы и системы» мы трактуем довольно широко и полагаем, что сюда должны
войти и статьи по системам сбора и обработки данных. Нас интересуют как проводные, так и беспроводные решения. Мы
постараемся разместить в этом разделе и статью, описывающую проблемы метрологического характера, возникающие
при построении измерительных систем. Разумеется, в этом разделе будут материалы о новых приборах ведущих произ-
водителей, в том числе и российских.
Если вы захотите сотрудничать с нами, напишите по адресу: gracheva@ecomp.ru и укажите в теме письма
«Сотрудничество».
Дополнительно сообщаем, что вы можете приобрести компакт-диски с электронной копией журналов «Электронные
компоненты» за 2004—2005 гг. и за 2006г., позвонив в отдел распространения нашего издательства по тел. (495) 741-7701
или оформив заявку по адресу: www.elcp.ru.
background image
115
электронные компоненты №4 2008
Оцените материал:

Автор: Кристофер Лоберг (Christopher J. Loberg), Tektronix, Inc.



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты