gesponsertOszilloskop-Plattform Oszilloskop und Software für schnelle serielle Datenbusse

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Teledyne GmbH

Für die Analyse und das Debugging von seriellen Datenbussen wie PCIe 6.0 oder USB-C sind leistungsfähige Messgeräte nötig. Der WaveMaster 8000HD bietet neben 12 Bit eine Bandbreite bis 65 GHz.

Die Oszilloskop-Plattform WaveMaster 8000HD von Teledyne LeCroy bietet eine maximale Bandbreite von 65 GHz und am analogen Frontend eine Auflösung von 12 Bit. Die Spanne der Bandbreite reicht von 20 bis 65 GHz bei einer maximalen Abtastrate bis 320 GS/s bei den Modellen mit 65, 59 und 50 GHz. Ansonsten beträgt die Abtastrate 160 GS/s bei allen sechs Modellen. Neu ist bei dieser Oszilloskop-Familie laut Hersteller der Erfassungsspeicher von 8 Gigapunkten. Der WaveMaster 8000HD bietet die Validierungs- und Debugging-Möglichkeiten seines Vorgängers sowie neue Softwareoptionen für die Analyse serieller Daten (SDA Expert) zum Testen der nächsten Generation serieller Datentechnologien.

Techniken für die serielle Datenübertragung werden immer schneller. So bietet PCI Express 6.0 eine Datenübertragungsrate von 64 Gigabit pro Sekunde, während die USB-Spezifikation v2.0 80 Gigabit pro Sekunde ermöglicht. Beide neuen Standards verwenden mehrstufige Pulsamplitudenmodulationssignale (PAM). Höhere Geschwindigkeiten und die Verwendung von mehrstufigen Signalen erfordern eine höhere Bandbreite und eine höhere Auflösung des Oszilloskops. Darüber hinaus werden serielle Datenverbindungen komplexer. Der Grund dafür sind hohe Übertragungsraten, dynamische Link-Equalization, Negotiation, Training und Handshaking-Operationen. Einige dieser Operationen werden über parallele serielle Datenverbindungen mit niedrigerer Geschwindigkeit unter Einsatz einer Kombination aus Bitübertragungsschicht-Signalen und Protokollkommunikation vorgenommen.

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Fehlersuche bei Embedded-Systemen dank neuer Funktionen

Die Auflösung von 12 Bit des analogen Frontendes erlaubt es Entwicklern, mehrstufige PAM3- und PAM4-Signale zu charakterisieren, die in den Spezifikationen USB4 v2.0 und PCIe 6.0 verwendet werden. Außerdem lässt sich mit den 8 Gpts die Fehlersuche bei Link-Negotiation-Problemen verbessern.

Der WaveMaster 8000HD bietet darüber hinaus eine Reihe von Funktionen, mit denen Entwickler komplexe Verbindungen und Hochgeschwindigkeits-Embedded-Systeme debuggen können. Benutzer des WaveMaster 8000HD können:

• Die Funktionen des WaveMaster 8000HD lassen sich nahtlos mit einem PCIe- oder USB-Protokollanalysator mit CrossSync PHY Cross-Layer-Analyse von Teledyne LeCroy kombinieren. Damit ist es möglich, einen Einblick in das Verhalten von Hochgeschwindigkeitsverbindungen zu erhalten.

• Serielle Low-Speed-Seitenbanddaten, Trainings- und Negotiation-Links, Stromschienen und andere zugehörige Signale sowie mit nahezu allen von Teledyne LeCroy angebotenen 50 oder 1 MOhm gekoppelte Tastköpfe erfassen. Dazu gehören auch passive Tastköpfe und Stromtastköpfe.

• Einen von mehr als 20 seriellen Low-Speed-Triggern und Decodern verwenden. Damit vereinfacht sich die Fehlersuche bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten mit dem gleichen Oszilloskop.

• Digitale Signale mit den im WaveMaster 8000HD integrierten digitalen Logikeingängen (Mixed-Signal) mit einer Taktrate von bis zu 500 MHz erfassen. Optional lassen sich mit dem Hochgeschwindigkeits-Digitalanalysator HDA125 Signale mit bis zu 6 GBit/s erfassen. Hervorzuheben sind dabei die Möglichkeiten, DDR-Speichersignale zu erfassen und zu dekodieren sowie das DDR-Debugging. Hilfreich ist die Möglichkeit, DDR-Speichersignale zu erfassen und zu dekodieren sowie die verbundenen Konformitätstests erforderlichen Lese-/Schreibtrennung.

• Verbindungsfehler über einen langen Zeitraum mit einem Erfassungsspeicher von bis zu 8 Gpts überwachen und beheben.

Der WaveMaster 8000HD bietet umfassende Funktionen an, mit denen sich serielle Datentechniken charakterisieren lassen und auch auf Konformität überprüfen. Unterstützt wird der Anwender durch die Software SDA Expert. Mit verschiedenen maßgeschneiderten Software-Optionen lassen sich serielle Busse wie PCIe, USB oder DisplayPort analysieren. Weiterhin sind Werkzeuge für PAM- und NRZ-Augendiagramm, Jitter und Linkanalyse integriert. Die enthaltenden QualiPHY-Testpakete ermöglichen es, Konformitätstests für komplexe serielle Hochgeschwindigkeits-Datenschnittstellen zu automatisieren. Alle diese seriellen Testfunktionen sind besonders nützlich für die nächste Generation von PCIe 6.0, USB4, USB4 Spezifikation v2.0 und DisplayPort über USB-C.

Insgesamt sechs Modelle mit Bandbreiten von 200 MHz bis zu 65 GHz

Die insgesamt sechs Modelle aus der Familie WaveMaster 8000HD bieten mit ihren Bandbreiten von 200 MHz bis zum Topmodell mit 65 GHz durchgehend eine Auflösung von 12 Bit. Das erste Oszilloskop mit 12-Bit-Architektur war der HRO 6Zi im Herbst 2010. Der Hersteller spricht nicht nur von einem A/D-Wandler mit 12 Bit, sondern bezieht sich auf die komplette Signal-Architektur. Es also nicht nur ein Versuch gewesen, wie man die vertikale Auflösung verbessern kann, sondern die konsequente Entwicklung eines neuen Gerätetyps, bei dem der Anwender die Vorteile eine höheren Auflösung wirklich nutzen kann. Auf dieser Basis hat Teledyne LeCroy in den letzten Jahren verschiedene Geräteserien herausgebracht, welche die 12-Bit-Technik einsetzen und eine höhere Bandbreite bis zu einer größeren Kanalzahl bieten.

Der verbaute A/D-Wandler mit seinen 12 Bit ist eine Eigenentwicklung von Teledyne LeCroy. Bei den ersten Geräten setzte der Messtechnikhersteller noch auf Wandler anderer Hersteller. Für die weitere Entwicklung waren allerdings Eigenschaften erforderlich, die so nicht zur Verfügung standen. Der Tech-Konzern entwickelte und fertigte die verbauten 12-Bit-A/D-Wandler selbst. Die ersten digitalen Oszilloskope waren mit A/D-Wandlern und einer Auflösung von 6 Bit ausgestattet. Bei 2⁶ stehen 64 diskrete Spannungsstufen bereit. Später folgten A/D-Wandler mit 2⁸ = 256 diskreten Spannungsstufen. In den letzten 30 Jahren blieb der 8-Bit-Wandler der Standard bei den Oszilloskopen und Verbesserungen konzentrierten sich auf höhere Abtastraten zur Echtzeit-Erfassung immer schnellerer Signale. Während ein 8-Bit-Wandler eine gute Leistung bei Standardmessungen bot, blieb der Wunsch bei der nachträglichen Analyse auch die Möglichkeit zu haben, feinere Details sichtbar machen zu können. Ein A/D-Wandler mit 12 Bit sind 2⁸ = 4.096 Quantisierungsstufen. Das verbessert die Genauigkeit und Präzision der Signalerfassung.

Augendigramme serieller Busse, Jitter- und Rauschanalyse

Die neu entwickelte Software SDA Expert verfügt über spezielle Funktionen. Entwickler können damit serielle Daten wie Eye-Diagramme und Jitter analysieren. Sie vereinfacht die Konfiguration und erweitert die Debugging-Funktionen mit maßgeschneiderten Analysen für PCI Express, USB oder DisplayPort. Das Framework bietet alle Werkzeuge für ein schnelles Debugging außerhalb des Konformitätstests.

Die integrierten Expert-Optionen der Software bieten für Entwickler spezielle Werkzeuge, um damit serielle Hochgeschwindigkeitsdaten, NRZ- oder PAM-Augendiagramme, Jitter- oder Rauschen zu messen. Dieses Toolset der vierten Generation unterstützt NRZ- und PAM-Signale und integriert Jitter, Rauschen, Übersprechen, Entzerrung und Impulsverhalten. SDA Expert bereitet die Ergebnisse übersichtlich auf, dokumentiert und speichert sie.

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