Máy hiện sóng 8 kênh không phải là hai máy bốn kênh dán cạnh nhau. Khi phải đo bus tốc độ cao song song với đo nguồn nhiều kênh trên cùng một bo mạch, thứ quyết định không phải con số băng thông in trên vỏ máy, mà là ba thứ ít ai để ý: kiểu kết cuối đang dùng, thứ tự cắm kênh vào bộ số hoá, và bộ nhớ sâu còn lại sau khi bật hết kênh. Bài này đi theo trục đó — đo cái gì, đo thế nào — chứ không nhắc lại bảng chọn model.
Vì sao cần máy hiện sóng 8 kênh khi đo bus tốc độ cao
Một lỗi truyền thông trên bo nhúng hiếm khi nằm gọn trong một tín hiệu. Tình huống điển hình: gói SPI thỉnh thoảng sai một byte. Bốn kênh vừa đủ để xem SCLK, MOSI, MISO và CS — nhưng khi đã nhìn đủ bốn dây đó thì không còn kênh nào để xem điện áp nguồn của con IC, cũng không còn kênh nào cho tín hiệu reset hay chân ngắt. Nếu nguyên nhân thật là một nhịp sụt nguồn 30 mV kéo dài vài micro giây, phép đo bốn kênh sẽ chỉ ghi lại hậu quả.
Đây là lý do thực dụng để dùng một máy nhiều kênh: giữ nguyên nhân và hậu quả trong cùng một lần chụp, cùng một trục thời gian, không phải ghép hai lần đo lại với nhau rồi đoán độ lệch. Trong dòng 6000E, hai model tám kênh là PicoScope 6804E (8 bit) và PicoScope 6824E (FlexRes 8/10/12 bit), cả hai ở mức 500 MHz. Tám kênh analog đó còn cộng thêm được 16 kênh số khi gắn pod MSO, thành 24 đường tín hiệu trên một khung hình.
Chọn kiểu kết cuối trước khi chọn que đo
Đây là bẫy lớn nhất và cũng là bẫy im lặng nhất: máy không báo lỗi khi bạn mất băng thông. Bảng thông số của dòng 6000E ghi băng thông theo dải vào, không theo tên model. Hai model nhanh nhất trong nhóm bốn kênh chỉ đạt 750 MHz và 1 GHz ở dải 50 Ω; khi chuyển sang dải 1 MΩ để cắm que đo thụ động, cả hai đều bị chặn ở 500 MHz — đúng bằng model thấp hơn một bậc.
Hệ quả thực tế: nếu bạn mua bản 1 GHz rồi cắm que thụ động ×10 quen tay, bạn đang đo bằng một máy 500 MHz. Muốn dùng hết băng thông đã trả tiền thì phải đi đường 50 Ω — cáp đồng trục nối thẳng, hoặc que đo tích cực. Riêng PicoScope 6428E-D chỉ có dải 50 Ω, không có chế độ 1 MΩ, nên câu hỏi này không đặt ra: mọi phép đo đều phải chuẩn bị theo kiểu 50 Ω ngay từ đầu.
Một chi tiết riêng của bản tám kênh cần nhớ khi lên kế hoạch: giao diện que đo thông minh — phần cấp nguồn và điều khiển cho que đo tích cực dòng A3000 — có trên toàn bộ kênh ở model bốn kênh, nhưng ở model tám kênh thì chỉ có trên các kênh C đến F. Nếu bài đo cần hai que tích cực, hãy giữ sẵn hai trong bốn kênh đó thay vì cắm bừa vào A hay H rồi phát hiện que không được nhận.
Cắm kênh theo nhóm ADC để không tự chia đôi tốc độ lấy mẫu
Bộ số hoá của máy chia theo cặp: A với B, C với D, E với F, G với H. Bảng thông số nêu điều kiện rất rõ — để giữ tốc độ lấy mẫu ở mức cao, không lấy quá một kênh trong mỗi cặp. Nghĩa là bốn tín hiệu cắm vào A, C, E, G cho tốc độ lấy mẫu cao hơn hẳn bốn tín hiệu cắm vào A, B, C, D, dù số kênh bật lên y hệt.
Đây là loại sai sót không để lại dấu vết trên màn hình. Dạng sóng vẫn hiện, vẫn có màu, vẫn trigger được; chỉ có sườn tín hiệu bị lấy mẫu thưa hơn nên thời gian lên đo ra dài hơn thực tế. Khi đang truy một lỗi timing vài trăm pico giây, sai sót này đủ để dẫn cả buổi đo đi sai hướng. Quy tắc gọn: rải kênh ra các cặp trống trước, chỉ dồn vào cùng một cặp khi đã hết chỗ.
Quy trình đo bus tốc độ cao từng bước
Thứ tự dưới đây được sắp theo mức độ khó sửa: những gì quyết định sớm mà sai thì phải tháo que đo ra làm lại, còn những gì chỉnh trên phần mềm thì sửa lúc nào cũng được.
Ở bước dựng trigger, dòng 6000E có nhiều kiểu hơn mức một bus ổn định cần đến: ngoài trigger cạnh còn có cửa sổ, độ rộng xung, mất mức, khoảng thời gian, xung cụt, thời gian chuyển mức, và trigger logic kết hợp AND hoặc OR trên số lượng nguồn tuỳ ý. Với kênh số còn có trigger theo mẫu bit. Cái đáng dùng nhất khi săn lỗi hiếm là trigger xung cụt và trigger độ rộng xung — hai kiểu bắt đúng vào dạng hỏng thường gặp của tín hiệu số mà trigger cạnh sẽ bỏ qua.
Ở bước giải mã, máy hỗ trợ 35 giao thức nối tiếp, trong đó có SPI, I²C, UART/RS-232, CAN, CAN FD, CAN XL, LIN, FlexRay, I²S, MIL-STD-1553, Ethernet 10Base-T và Fast Ethernet 100Base-TX, PMBus, SMBus, SENT, USB 1.0/1.1. Điểm hữu ích khi debug hệ nhiều bus: các kênh có thể mang giao thức khác nhau trong cùng một lần chụp, nên xem được cả lệnh SPI lẫn phản hồi I²C mà không phải đo hai lần.
Đo nguồn nhiều kênh: ripple, trình tự khởi động và PMBus
Bo mạch hiện đại hiếm khi chỉ có một điện áp. Một SoC tầm trung thường cần lõi, I/O, DDR, PLL và vài nhánh cảm biến — năm đến bảy nhánh là bình thường. Bài toán đo nguồn nhiều kênh vì thế có ba câu hỏi tách biệt, và mỗi câu hỏi cần một cách đặt máy khác nhau.
Trình tự khởi động. Các nhánh phải lên đúng thứ tự và đúng khoảng cách thời gian. Đây là phép đo cần nhiều kênh nhất và ít băng thông nhất: đặt dải vào theo mức DC danh định, timebase cỡ mili giây, trigger cạnh lên trên nhánh lên đầu tiên, rồi đọc độ trễ giữa các nhánh bằng phép đo tự động. Một máy tám kênh xem trọn trình tự trong một lần bật nguồn — điều đáng giá vì lỗi trình tự thường không lặp lại giống nhau ở lần bật sau.
Ripple và nhiễu. Ngược lại hoàn toàn: ít kênh, nhưng cần dải vào nhỏ và nền nhiễu thấp. Chuyển sang dải vào nhạy nhất, dùng offset để kéo mức DC ra khỏi khung rồi phóng to phần gợn. Bản FlexRes chuyển sang chế độ 12 bit ở đây có lợi rõ: bước lượng tử nhỏ hơn 0,025% của dải vào, so với dưới 0,4% ở chế độ 8 bit. Méo hài ở chế độ 10 và 12 bit là −60 dB tại 1 MHz toàn thang, so với −50 dB ở chế độ 8 bit.
Đáp ứng tải và mạch điều khiển. Khi cần biết vì sao một nhánh sụt, hãy đo cùng lúc điện áp ra, tín hiệu chuyển mạch và lệnh trên bus quản lý nguồn. PMBus và SMBus nằm trong danh sách giải mã, nên đọc được lệnh đặt điện áp ngay cạnh dạng sóng mà lệnh đó gây ra. Các hàm toán sẵn có gồm công suất thực, công suất biểu kiến, công suất phản kháng, hệ số công suất và hệ số đỉnh, tính trực tiếp từ cặp kênh áp và dòng.
Bộ nhớ sâu đổi được điều gì
Bộ nhớ là thứ quyết định bạn có thấy được lỗi hay không, chứ không chỉ là con số trên tờ thông số. Lý do đơn giản: tốc độ lấy mẫu nhân với thời lượng chụp bằng số điểm cần lưu. Muốn giữ độ phân giải thời gian đủ mịn để nhìn sườn tín hiệu, mà vẫn chụp đủ dài để bắt trọn một phiên truyền, thì phải có chỗ chứa.
Trong dòng 6000E, bản 8 bit có 1 GS ở model 300 MHz và 2 GS ở các model còn lại; bản FlexRes có 4 GS khi chạy chế độ 8 bit và 2 GS khi chuyển sang 10 hoặc 12 bit. Đổi sang thời gian thực tế: ở tốc độ lấy mẫu tối đa, thời lượng một lần chụp qua phần mềm PicoScope là 200 ms; qua PicoSDK, bản FlexRes ở chế độ 8 bit đạt 800 ms, và ở chế độ 12 bit đạt 1600 ms — dài gấp tám lần con số 200 ms.
Bộ đệm dạng sóng là mặt còn lại của cùng câu chuyện. Phần mềm giữ tới 40 000 phân đoạn, và ở chế độ trigger nhanh, máy ghi 40 000 dạng sóng trong 12 ms với thời gian tái vũ trang giữa hai lần bắt điển hình khoảng 300 ns. Với lỗi hiếm, cách làm hiệu quả là để máy chạy chế độ đó một lúc rồi lọc lại: DeepMeasure đo hàng loạt chu kỳ trong mỗi lần chụp và cho sắp xếp kết quả, còn mask limit testing để máy tự đánh dấu lần vượt ngưỡng thay vì bạn ngồi cuộn từng dạng sóng.
Kết hợp 8 kênh analog với 16 kênh số
Khi gắn hai pod MSO TA369, máy có thêm 16 kênh số chia thành hai cổng tám kênh. Giới hạn cần biết trước khi tin vào số đo: tần số phát hiện tối đa là 500 MHz, tương đương 1 Gb/s; bề rộng xung nhỏ nhất phát hiện được là 1 ns; biên độ dao động tối thiểu ở tần số cao nhất là 400 mV đỉnh–đỉnh. Ngưỡng logic đặt được trong khoảng ±8 V với bước khoảng 5 mV, và phần mềm cho hai ngưỡng độc lập, mỗi cổng một ngưỡng — đủ để đo đồng thời một nhóm 3,3 V và một nhóm 1,8 V.
Cách chia việc hợp lý giữa hai loại kênh: dùng kênh số cho những dây chỉ cần biết mức cao hay thấp — địa chỉ, chip select, cờ trạng thái, tín hiệu bắt tay — và để dành kênh analog cho những dây cần nhìn hình dạng thật, tức là dây nghi có phản xạ, có sườn chậm, có xuyên nhiễu, cùng các nhánh nguồn. Kênh số không cho biết một sườn có bị dội hay không; kênh analog thì có. Ngược lại, dùng một kênh analog quý giá chỉ để xem một chân chip select là lãng phí băng thông vào việc mà kênh số làm tốt tương đương.
Bốn bẫy thường gặp khi đọc kết quả
Đọc băng thông thay vì đọc thời gian lên. Con số trên vỏ máy là băng thông −3 dB; cái bạn thực sự cần khi đo tín hiệu số là thời gian lên. Bảng thông số cho sẵn giá trị tính toán ở dải 50 Ω: dưới 1,3 ns cho model 300 MHz, dưới 850 ps cho model 500 MHz, dưới 475 ps và dưới 350 ps cho hai bậc trên, và 150 ps cho model 3 GHz. So sánh trực tiếp với thời gian lên của tín hiệu cần đo sẽ ra kết luận nhanh hơn là quy đổi qua băng thông.
Quên rằng dây đất cũng là một phần của phép đo. Ở vài trăm mega héc, vòng dây đất dài của que đo thụ động tự nó tạo dao động ký sinh trên sườn. Nếu sườn tín hiệu đo ra có gợn tắt dần đều đặn, hãy nghi dây đất trước khi nghi mạch.
Nhầm nhiễu của máy với nhiễu của mạch. Nền nhiễu ở dải nhạy nhất là dưới 200 µV RMS với bản 8 bit và dưới 150 µV RMS với bản FlexRes. Trước khi kết luận một nhánh nguồn bẩn, hãy tháo que đo ra khỏi mạch, chập đầu đo với đất và đo lại chính cấu hình đó — phần còn lại trên màn hình là của máy và của môi trường, không phải của mạch.
Tin vào bảng giải mã mà không kiểm dạng sóng. Bộ giải mã dịch mức logic thành gói tin theo ngưỡng bạn đặt. Nếu ngưỡng đặt sai hoặc sườn quá chậm, bảng vẫn hiện ra gói tin trông hợp lệ. Khi kết quả giải mã có gì đó lạ, việc đầu tiên là phóng to dạng sóng analog ở đúng thời điểm đó, không phải chỉnh lại bộ giải mã.
Các model trong dòng PicoScope 6000E
Mười model dưới đây dùng chung phần mềm, chung bộ giải mã và chung kiểu pod MSO; khác nhau ở băng thông, số kênh, độ phân giải và dung lượng bộ nhớ. Thông số lấy từ bảng thông số dòng 6000E của Pico Technology.
| Model | Băng thông (dải 50 Ω) | Kênh analog | Độ phân giải | Bộ nhớ |
|---|---|---|---|---|
| PicoScope 6403E | 300 MHz | 4 | 8 bit | 1 GS |
| PicoScope 6404E | 500 MHz | 4 | 8 bit | 2 GS |
| PicoScope 6405E | 750 MHz | 4 | 8 bit | 2 GS |
| PicoScope 6406E | 1 GHz | 4 | 8 bit | 2 GS |
| PicoScope 6424E | 500 MHz | 4 | FlexRes 8/10/12 bit | 4 GS |
| PicoScope 6425E | 750 MHz | 4 | FlexRes 8/10/12 bit | 4 GS |
| PicoScope 6426E | 1 GHz | 4 | FlexRes 8/10/12 bit | 4 GS |
| PicoScope 6428E-D | 3 GHz | 4 | FlexRes 8/10/12 bit | 4 GS |
| PicoScope 6804E | 500 MHz | 8 | 8 bit | 2 GS |
| PicoScope 6824E | 500 MHz | 8 | FlexRes 8/10/12 bit | 4 GS |
Dung lượng 4 GS của các bản FlexRes là con số ở chế độ 8 bit; khi chuyển sang 10 hoặc 12 bit, bộ nhớ còn 2 GS. Băng thông ở cột thứ hai là giá trị dải 50 Ω — với dải 1 MΩ, các model 750 MHz và 1 GHz đều còn 500 MHz. Nếu bạn đang ở bước chọn model chứ không phải bước đặt phép đo, phần so sánh chi tiết nằm ở bài tổng quan dòng PicoScope 6000E, còn toàn bộ danh mục Pico Technology tại Việt Nam nằm ở trang thương hiệu Pico.
Giữ cho số đo lặp lại được
Một phép đo chỉ có giá trị khi đo lại vẫn ra kết quả cũ. Về phía máy, độ chính xác timebase ban đầu là ±2 ppm với độ trôi ±1 ppm mỗi năm, và thông số độ chính xác chỉ được bảo đảm trong khoảng 15 đến 30 °C sau 20 phút khởi động — đủ để thấy vì sao phép đo lúc vừa bật máy và phép đo sau nửa giờ có thể lệch nhau. Về phía quy trình, hãy lưu file thiết lập kèm dữ liệu: không có kiểu kết cuối, dải vào và vị trí điểm đo thì con số ghi lại không tái lập được.
Với thiết bị dùng trong nghiệm thu hoặc hồ sơ chất lượng, chu kỳ hiệu chuẩn định kỳ là phần không bỏ được; Techmaster có phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho nhóm thiết bị đo điện. Nếu bài toán của bạn nghiêng về phía so sánh giữa máy để bàn và máy USB khi cần kênh số, bài so sánh Keysight MSOX2014A với DSOX2014A bàn đúng câu hỏi khi nào cần thêm kênh số trên một nền tảng khác.
