Сравнение осциллографов Tektronix серии 4 и Keysight InfiniiVision серии X

Бывает непросто определить, какой именно осциллограф нужен для вашего оборудования. При наличии такого большого числа высококачественных осциллографов, на первый взгляд кажущихся аналогичными, параллельное сопоставление спецификаций едва ли поможет вам при определении модели, лучше всего подходящей для ваших целей. Вот почему очень важно более глубокое понимание спецификаций, чем сравнение технического описания изделий. В конечном счете, вам нужно ответить на вопрос: «Какой прибор обеспечит быстрый и легкий захват всех аномалий и корректное уведомление о проблемах, а также полную диагностику моего устройства?»

Чтобы помочь вам ответить на этот вопрос, в этом блоге мы рассмотрим различия между осциллографами Tektronix серии 4 и Keysight InfiniiVision, сравнив их основные спецификации помимо технического описания, чтобы понять, как они влияют на производительность, а, следовательно, на длительность и результаты тестирования.

Осциллограф Tektronix серии 4 имеет полосу пропускания от 200 МГц до 1,5 ГГц. Этот показатель присутствует в нескольких осциллографах InfiniiVision от Keysight, в том числе Keysight InfiniiVision 4000 серии X с полосой пропускания 200 МГц - 1,5 ГГц и InfiniiVision 6000 серии X с полосой пропускания 1 ГГц - 6 ГГц. Указанные осциллографы имеют широкий спектр применения и в основном используются для быстрой отладки и определения характеристик сигнала.

Частота обновления сигнала и выбор по зонам

Основная задача осциллографа – оперативное нахождение аномалий в сигналах. Этого можно добиться благодаря таким характеристикам, как высокая скорость обновления сигнала и выбор по зонам.

Скорость обновления сигнала напрямую влияет на способность фиксировать случайные или редкие события. Он показывает вам количество захватов данных в секунду. Время между этими захватами называется «временем задержки», или «слепым временем», поскольку в течение этого времени захват данных не осуществляется. Следовательно, чем дольше время между захватами (более низкая частота обновления сигнала), тем больше событий будет пропущено. Чем выше скорость обновления сигнала у осциллографа, тем выше вероятность захвата сложноуловимых событий.

Рисунок 1. Иллюстрация «времени задержки» осциллографа и пропущенных глитчей.

Осциллографы Keysight InfiniiVision имеют самую высокую в отрасли скорость обновления сигналов - более 1 000 000 сигналов в секунду. Кроме того, они единственные в отрасли могут поддерживать такие высокие скорости обновления при использовании логических каналов или декодировании последовательной шины. Это означает, что с осциллографами InfiniiVision вы получаете более высокую вероятность фиксации редкой помехи или аномалии сигнала в системе – даже если они происходят только один раз за несколько миллионов случаев нормального сигнала.

Высокая скорость обновления в сочетании с опцией выбора по зонам обеспечивает чрезвычайно мощный инструмент отладки. Выбор по зонам позволяет вам просто обвести прямоугольник / зону на сенсорном экране в районе обнаруженной или предполагаемой помехи. Осциллограф запустит сигналы, которые пересекаются с нарисованной вами зоной. Это позволит получать данные о помехе со скоростью 200 000 сигналов в секунду.

Поэтому, при скорости обновления 1 000 000 сигналов в секунду, вы можете обнаруживать любые аномалии, а затем с помощью выбора по зонам фиксировать и анализировать их. Такая возможность доступна только на осциллографах InfiniiVision.

Tektronix серии 4 имеет скорость обновления, в два раза меньшую, чем у InfiniiVision - при условии, что вы используете специальный режим FastAcq. Это означает, что с осциллографом Tek 4 вероятность пропустить ошибку в вашей схеме в два раза выше, чем с InfiniiVision. В довершение всего, если для захвата ошибок вы используете их версию выбора по зонам, которая называется Visual Trigger, скорость обновления упадет до 22 обнаружений в секунду, что означает, что вы получите только 1 обнаружение на каждые 10 000 выбора по зонам, захваченных с помощью функционала InfiniiVision. И это только одно из нескольких ограничений режима FastAcq у Tek 4.

Рисунок 2. Выбор по зонам (Zone Trigger) InfiniiVision быстро изолирует редкую ошибку. Функция Visual Trigger осциллографа Tek не захватывает его.

Глубина памяти

Рассматривая ключевые характеристики, можно прийти к выводу, что глубина памяти является значительным преимуществом осциллографов серии Tektronix 4 по сравнению с Keysight InfiniiVision. Осциллографы Tektronix серии 4 имеют значительно большую память захвата - 31,25 Mвыб / канал в стандартной комплектации, с возможностью апгрейда до 62,5 Mвыб. Цифровые осциллографы InfiniiVision обеспечивают память 4 Мвыб. И хотя это может показаться весомым аргументом в пользу Tek серии 4, в большинстве случаев все не так просто, как выглядит с первого взгляда. Грамотное использование Tek серии 4 для измерений требует понимания оптимального соотношения частоты дискретизации, глубины памяти, настроек временной развертки и скорости тестирования.

Дилемма: память Tektronix серии 4 значительно снижается в обычных режимах работы

• Чаще всего вы будете использовать функционал в режиме автоматической / установленной по умолчанию частоты дискретизации и глубины памяти. В Tek 4 эта глубина памяти по умолчанию составляет максимум 1,25 Мвыб по сравнению с 4 Мвыб по умолчанию в InfiniiVision. Глубина памяти, доступная на Tek 4, представляет собой специальный режим работы, выбранный пользователем.
• Когда при работе с Tek вы устанавливаете режим FastAcq, чтобы воспользоваться преимуществами высокой скорости обновления, память снижается до 1,25 квыб и меньше, что означает также значительное потенциальное снижение частоты дискретизации во многих временных развертках – и это делает невозможным захват редко возникающих, непериодических событий. Скорость обновления сигнала Keysight InfiniiVision по умолчанию составляет 1 000 000 сигналов в секунду, исключая необходимость компромисса между глубиной памяти и скоростью.

Анализ протокола последовательной шины

Хотя для большинства сфер применения глубокая память не требуется, одним из случаев, когда она может пригодиться, является захват данных на протяжении длительного времени. Например, если речь идет о последовательных шинах. В этом случае режим глубокой памяти Tek может показаться преимуществом. И это верно, если ваша цель состоит только в захвате длительных промежутков времени. Однако сбор данных без их анализа бесполезен. Анализировать захваты огромных временных промежутков может быть чрезвычайно утомительно. Более эффективный режим сбора данных для анализа последовательных шин - сегментированная память. Этот режим (доступный для Keysight InfiniiVision) захватывает пакетированные последовательные данные в течение длительного промежутка времени, что позволяет быстро просматривать и оценивать события, которые вас интересуют. Вы можете настроить сегментированную память для захвата всех пакетов или только отдельных событий, которые вы хотите видеть, например, определенных битовых последовательностей или пакетов с ошибками. Это более эффективно, чем копаться в непрерывном потоке последовательных пакетов, захваченных с помощью глубокой памяти. Преимущества сегментированного сбора данных были признаны и Tektronix: пытаясь достичь чего-то подобного, их осциллографы предлагают режим FastFrame.

Однако, как и у функции FastAcq, у него много ограничений. В их числе:

• Трудоемкая настройка.
• За один раз отображается только один кадр результатов декодирования последовательных шин.
• Невозможность поиска ошибок, обнаруженных при захвате с помощью FastFrame.

Давайте рассмотрим следующий пример. Мы попытались декодировать символические данные шины CAN на осциллографе Tektronix серии 4 и на осциллографе Keysight InfiniiVision, начиная со стандартных / установленных по умолчанию режимов захвата данных. Оба прибора были настроены на запуск по определенному идентификатору кадра, циклический, осуществлявшийся каждые 10 мс. Keysight InfiniiVision запускал и обновлял сигналы и декодировал каждое событие запуска, соблюдая временной интервал 2 мс (200 мкс / дел); это означает, что он ничего не пропустил. Осциллограф Tek серии 4 выполнял обновление всего 2 раза в секунду, то есть, для каждого события, по которому он запускался, пропускалось 49 событий и не отображалось много редких ошибок шины.

Используя в этих обстоятельствах Tek серии 4, вы могли бы приступить к производству, так и не узнав о наличии дефекта у вашего конечного продукта, что привело бы к дорогостоящему отзыву и перепроектированию. Осуществляя двойную проверку, вы можете применить доступный для Tektronix режим FastAcq, с целью ускорить захват данных и зафиксировать больше таких пропущенных ошибок. Но это может обернуться другим риском. Когда вы переключаетесь в режим FastAcq, глубина памяти автоматически падает до 1 квыб, что также обуславливает снижение частоты дискретизации до 500 квыб/с для захвата данных этого промежутка времени в 2 мс. Это может привести к недостаточной дискретизации.

Во время тестирования шины CAN мы попытались использовать режим FastAcq для улучшения результатов декодирования CAN. В этом случае прибор Tektronix сообщил о нескольких ложных ошибках CAN. Это были не фактические ошибки в шине CAN, а ошибки декодирования, возникшие в результате недостаточной дискретизации и, следовательно, некорректно отображаемых сигналов. Не зная, что это был сбой, обусловленный работой осциллографа Tek 4, вы могли бы потратить немало времени на поиск несуществующей ошибки в вашей схеме.

Кроме того, в Keysight InfiniiVision используется аппаратное декодирование последовательных шин, тогда как в Tektronix серии 4 - программное декодирование. Аппаратное декодирование производится быстрее, в то время как программное требует дополнительного времени для обработки, что приводит к дополнительным задержкам и пропущенным событиям. Помните, мы уже говорили о понятии «время задержки»? Чем дольше программное обеспечение обрабатывает событие, тем больше величина задержки, а значит, тем больше пропущенных событий.

Анализировать результаты декодирования InfiniiVision намного проще, поскольку InfiniiVision автоматически создает таблицу результатов по всем захваченным последовательным пакетам.

Кроме того, вы можете использовать возможности поиска и навигации, чтобы быстро найти конкретные критерии, например, ошибки. При использовании осциллографа Tektronix в режиме FastAcq вместо таблицы отображается только результат одного кадра за раз, что требует от вас пошагового просмотра и считывания результатов декодирования каждого сегмента по одному.

Рисунок 3. Осциллографы Tektronix серии 4 не выдают таблицу результатов декодирования при включении режима FastAcq

Если вы снова зададите вопрос: «Какой прибор обеспечит быстрый и легкий захват всех аномалий и корректное уведомление о проблемах, а также полную диагностику моего устройства?», ответ здесь однозначен - InfiniiVision. Точность аппаратного декодирования последовательных шин InfiniiVision, а также простота и эффективность сегментированного захвата данных, с его функцией представления результатов посредством таблиц и возможностями поиска – вот основа вашей уверенности при тестировании характеристик вашего устройства.

Дополнительные инструменты отладки

Существует дополнительные инструменты, помимо запуска по зонам, декодирования последовательных шин и сегментированного захвата данных, позволяющие упростить анализ.

• Анализ частотных характеристик (диаграммы Боде)
  • Поможет вам оперативно проверить усиление и фазу ваших фильтров, усилителей и контуров управления питанием.
  • Осциллографы Keysight InfiniiVision стали первыми приборами, обеспечивающими такую возможность. В Tek серии 4 она недоступна.

Рисунок 4. Анализ частотной характеристики амплитуды и фазы на осциллографе Keysight InfiniiVision

• Тестирование по маске
  • Позволяет оперативно проверить, соответствуют ли сигналы официальным описаниям изделия в отношении требуемой синхронизации и амплитуды.
  • Измерительные приборы Keysight InfiniiVision обеспечивают самое быстрое в отрасли тестирование сигнала по маске с частотой до 270 000 тестов в секунду благодаря использованию аппаратной технологии. Модели Tek серии 4 не поддерживают тестирование сигнала по маске.

Рисунок 5. Тестирование по маске, выполненное на осциллографе Keysight InfiniiVision

• БПФ / Отображение спектра сигнала
  • Позволяет вам проводить измерения в частотной и временной областях, обеспечивая функционал как анализатора спектра, так и осциллографа.
  • Эти опции входят в стандартную комплектацию Keysight InfiniiVision. Spectrum View для Tek серии 4 приобретается дополнительно за 1900 долларов.

Рисунок 6. Анализ спектра, выполненный на осциллографе Keysight InfiniiVision

• Измерения мощности
  • Позволяет вам получить характеристики производительности блока питания. Следует отметить плюсы и минусы у Tek 4 и Keysight InfiniiVision.
  • Tek серии 4 обеспечивает безопасную рабочую зону (SOA), тогда как InfiniiVision нет.
  • InfiniiVision обеспечивает коэффициент подавления помех от источника питания (PSRR) и управляющую реакцию контура с автоматическими измерениями запаса по фазе (PM), тогда как Tek серии 4 нет.
  • На осциллографах Tek серии 4 измерение потерь при переключении, одно из самых важных измерений мощности, является нестабильным, неточным и сложным для настройки. Нестабильное измерение - ненадежное измерение. Это может быть связано с уменьшением глубины памяти до 1 квыб / с (и, следовательно, ограничением частоты дискретизации) при использовании функции автоматической настройки питания.

Рисунок 7. Анализ мощности, выполненный на осциллографе Keysight InfiniiVision

Бюджет

Наконец, у всех нас есть начальники и бюджеты, с которыми приходится считаться. Если в конечном итоге основным фактором окажется цена, вам следует учитывать, из чего складывается стоимость и как быстро она может увеличиться.

Keysight предлагает семь пакетов программного обеспечения, включающих целый комплекс измерительных инструментов. Например, встроенный программный пакет для осциллографа 4000 серии X за 1955 долларов США включает в себя I2C, SPI, RS232/485/UART, I2S, USB-PD, тестирование по маске, диаграммы Боде и расширенное тестирование видео. Чтобы получить только 4 из этих лицензий, I2C, SPI, RS232/485/UART и I2S, для Tek серии 4, вам нужно будет приобрести четыре различных опции по 1910 долларов США (всего 7640 долларов).

А как насчет цены устройства до добавления программных опций? InfiniiVision 6000 серии X обеспечивает самую высокую полосу пропускания и частоту дискретизации при самой низкой цене за ГГц в отрасли. Вы можете приобрести 4-канальный осциллограф Keysight с полосой пропускания 2,5 ГГц, который производит до 20 Гвыб/с, за 23 219 долларов, в то время как цена осциллографа Tek серии 4 с полосой 1,5 ГГц составляет 24 000 долларов. Если такие расценки выходят за рамки вашего бюджета, обратите внимание на InfiniiVision 4000 серии X, которые стоят в среднем примерно на 27% меньше, чем Tek серии 4, при аналогичной полосе пропускания и числе каналов. Кроме того, с 1 августа 2019 года по 31 марта 2020 года Keysight проводит акцию, так что цены будут еще ниже.

Заключение

С учетом всего вышесказанного, осциллографы серии InfiniiVision предоставляют собой инструменты, необходимые для эффективной и действенной отладки ваших устройств по разумной цене.

Конкурентное сравнение проводились между осциллографом Tektronix MSO46 с опцией HW vw4-1500 и осциллографом Keysight MSOX4154. Информация о технических характеристиках была взята из таблицы Tektronix MSO серии 4, 48W-61558-1, опубликованной 11 июня 2019 года.