Một dự án nhúng hay IoT không cần máy đo ở mọi giai đoạn như nhau. Lúc bring-up bo mới, thứ cần là nhìn thứ tự thời gian giữa nguồn, reset và clock. Lúc tích hợp, là bus. Lúc tối ưu pin, là một cửa sổ quan sát dài hàng trăm mili giây. Bài này đi theo bốn giai đoạn đó và chỉ ra PicoScope 3000D ứng dụng vào việc gì ở từng chặng — không nhắc lại bảng chọn model, cũng không lặp lại quy trình giải mã từng bước.
Vì sao một máy hiện sóng cho IoT lại khác máy để bàn cổ điển
Ba đặc thù của công việc nhúng và IoT định hình yêu cầu với thiết bị đo. Thứ nhất, tín hiệu cần xem hiếm khi chỉ có một loại: một lần bắt thường phải có cả rail nguồn, cả bus số, cả chân điều khiển. Thứ hai, sự kiện đáng quan tâm thường dài — chu trình khởi động, một chu kỳ ngủ-thức — chứ không phải vài micro giây. Thứ ba, nhóm phát triển hay phân tán, nên dữ liệu đo phải gửi được qua mạng thay vì chụp màn hình máy để bàn.
Dòng 3000D trả lời cả ba bằng ba thứ tương ứng: bản MSO có 16 kênh logic bên cạnh kênh analog, bộ nhớ từ 64 MS tới 512 MS tuỳ bậc băng thông, và cấu trúc USB nên tệp dữ liệu nằm ngay trên máy tính của người đo. Máy nặng dưới 0,5 kg, kích thước 190 × 170 × 40 mm, chạy từ một cổng USB 3.0 hoặc hai cổng USB 2.0 — mang theo được khi phải xuống hiện trường.
Giai đoạn 1 — Bring-up: thứ tự thời gian mới là thứ cần nhìn
Bo mới về, firmware chạy chín trên mười lần. Nguyên nhân thường không nằm ở một tín hiệu sai, mà ở thứ tự giữa các tín hiệu: rail phụ lên chậm hơn rail chính, chân reset nhả trước khi nguồn ổn định, hoặc dao động chưa đủ biên độ lúc vi điều khiển bắt đầu chạy.
Đây là việc cần nhiều kênh cùng một trục thời gian. Trên bản MSO, hai hoặc bốn kênh analog nhận các rail nguồn và chân dao động, còn các chân số — reset, chip select, chân báo trạng thái — vào cụm mười sáu đường logic. Trigger đặt vào thời điểm cấp nguồn, bắt trước trigger tới 100% dung lượng, và toàn bộ chuỗi khởi động nằm gọn trong một lần chụp.
Bộ giới hạn băng thông cứng 20 MHz bật tắt được rất hữu ích ở chặng này: khi nhìn rail nguồn, tắt phần băng thông cao đi thì nhiễu đóng cắt bớt che mất hình dạng thật của quá trình lên nguồn.
Giai đoạn 2 — Tích hợp: analog nằm cạnh bus, cùng một lần bắt
Khi các khối đã chạy riêng lẻ và bắt đầu nói chuyện với nhau, câu hỏi chuyển thành “cảm biến trả về giá trị lạ là do cảm biến hay do đường truyền”. Câu này chỉ trả lời được khi nhìn đồng thời tín hiệu tương tự ở đầu cảm biến và gói dữ liệu trên bus mà vi điều khiển đọc được.
Bộ giải mã nhận mọi kênh vào, cả analog lẫn số, và trộn nhiều giao thức trong cùng một lần chụp — nên một lần bắt có thể chứa điện áp thô của cảm biến, gói I²C mang giá trị đã số hoá, và tín hiệu ngắt báo dữ liệu sẵn sàng. Kênh toán nhận toán tử là cả kênh analog lẫn kênh số, nên dựng được một kênh dẫn xuất từ tổ hợp cả hai. Chi tiết cách đặt ngưỡng và trigger cho phần bus nằm ở bài bắt lỗi giao tiếp số bằng PicoScope 3000D MSO.
Giai đoạn 3 — Máy phát sóng tuỳ ý làm nguồn kích thử
Đây là năng lực hay bị bỏ quên nhất. Mọi mã trong dòng đều có bộ phát tích hợp, và danh sách dạng sóng chuẩn có hai thứ đáng chú ý với công việc nhúng: PRBS — chuỗi bit giả ngẫu nhiên — và nhiễu trắng, bên cạnh sine, vuông, tam giác, một chiều, dốc, sinc, Gauss và nửa sine.
PRBS dùng để nạp một dòng bit có thống kê giống dữ liệu thật vào đường truyền đang thiết kế, rồi đo xem đầu kia nhận được gì — cách nhanh để đánh giá chất lượng đường truyền mà không cần firmware hoàn chỉnh. Nhiễu trắng dùng để kích một mạch lọc rồi xem đáp ứng của nó trên chế độ phổ, hoặc để thử độ bền của mạch trước nhiễu.
Phần máy phát sóng tuỳ ý chạy ở tốc độ cập nhật 20 MS/s với bộ đệm 32 kS và độ phân giải 12 bit, băng thông trên 1 MHz, thời gian lên dưới 120 ns. Dải tần dạng sóng chuẩn từ một chiều tới 1 MHz, biên độ trong khoảng ±2 V, trở kháng ra 600 Ω, độ phân giải tần số dưới 0,01 Hz. Bộ phát kích được theo trigger của máy hoặc bằng tay, phát từ một tới một tỷ chu kỳ đếm được — đủ để dựng một bài thử lặp có kiểm soát.
Lưu ý vị trí cổng: đầu ra bộ phát nằm ở BNC mặt trước trên bản thường nhưng ở BNC mặt sau trên bản MSO. Nếu bài thử của bạn phải cắm rút dây phát liên tục, cân nhắc điều này khi bố trí bàn.
Giai đoạn 4 — Đo chu kỳ ngủ-thức của thiết bị chạy pin
Với thiết bị IoT chạy pin, câu hỏi quyết định tuổi thọ là thiết bị thức bao lâu mỗi chu kỳ và làm gì trong lúc thức. Đây là phép đo cần cửa sổ dài mà vẫn đủ mịn để thấy từng pha.
Hai đường đi. Với cửa sổ vài trăm mili giây, dùng chế độ bắt khối và bộ nhớ sâu — 512 MS trên bậc 200 MHz cho phép giữ rất nhiều mẫu trong một lần chụp. Với quan sát kéo dài hàng phút, chuyển sang chế độ truyền liên tục: 17 MS/s qua phần mềm PicoScope, hoặc tới 125 MS/s khi lập trình bằng PicoSDK, và dung lượng lúc đó chỉ giới hạn bởi bộ nhớ máy tính.
Nói rõ giới hạn: máy hiện sóng đo điện áp. Muốn ra dòng tiêu thụ phải qua điện trở shunt hoặc que đo dòng, và phải tự tính. Ngoài ra 3000D là máy 8 bit, nên dải động giữa dòng ngủ cỡ micro-ampe và dòng phát cỡ trăm mili-ampe là quá rộng để đo trọn trong một thang. Thực tế phải đo hai lần với hai thang khác nhau, hoặc dùng thiết bị chuyên đo dòng tiêu thụ nếu cần độ chính xác cao ở mức micro-ampe.
Điều 3000D làm tốt trong nhóm việc này là định thời: xác định chính xác thiết bị thức trong bao nhiêu mili giây, pha nào chiếm phần lớn thời gian thức, và có lần thức bất thường nào không. Đó thường là thông tin có giá trị hơn con số dòng tuyệt đối.
Máy hiện sóng MSO ứng dụng ở khâu cuối: kiểm tra trước xuất xưởng
Khi sản phẩm đã ổn định, phép đo chuyển từ khám phá sang kiểm tra lặp lại. Mask limit testing cho phép bắt một dạng sóng chuẩn từ bo tốt, sinh mặt nạ tự động quanh nó, rồi so từng bo mới với mặt nạ đó, đếm số lần vi phạm.
Ghép với nhóm hành động tự động, máy tự dừng, tự lưu bộ đệm, phát âm báo, kích bộ phát sóng hoặc chạy một chương trình ngoài khi mặt nạ bị vượt. Nếu cần đi xa hơn, PicoSDK cho phép viết chương trình điều khiển toàn bộ phép đo — Pico công bố ví dụ cho nhiều ngôn ngữ trên GitHub, và số phân đoạn bộ nhớ khi lập trình qua SDK lên tới một triệu, so với 40.000 trong phần mềm.
Phần mềm chạy trên Windows, macOS và Linux, nên trạm kiểm tra dựng được trên hệ điều hành mà dây chuyền đang dùng. Máy bảo hành 5 năm.
Các model trong dòng PicoScope 3000D
Bản MSO — 16 kênh logic, hợp với nhúng và IoT
- PicoScope 3203D MSO — 2 kênh, 50 MHz
- PicoScope 3204D MSO — 2 kênh, 70 MHz
- PicoScope 3205D MSO — 2 kênh, 100 MHz
- PicoScope 3206D MSO — 2 kênh, 200 MHz
- PicoScope 3403D MSO — 4 kênh, 50 MHz
- PicoScope 3404D MSO — 4 kênh, 70 MHz
- PicoScope 3405D MSO — 4 kênh, 100 MHz
- PicoScope 3406D MSO — 4 kênh, 200 MHz
Bản thường — giữ ngõ trigger ngoài EXT
- PicoScope 3203D — 2 kênh, 50 MHz
- PicoScope 3204D — 2 kênh, 70 MHz
- PicoScope 3205D — 2 kênh, 100 MHz
- PicoScope 3206D — 2 kênh, 200 MHz
- PicoScope 3403D — 4 kênh, 50 MHz
- PicoScope 3404D — 4 kênh, 70 MHz
- PicoScope 3405D — 4 kênh, 100 MHz
- PicoScope 3406D — 4 kênh, 200 MHz
Với đội nhúng, cấu hình khởi điểm hợp lý là PicoScope 3205D MSO; cần bốn kênh analog song song với bus thì lên PicoScope 3405D MSO. Cách cân nhắc giữa bản MSO và bản thường nằm ở bài chọn bản MSO hay bản thường, và toàn dòng nằm trong danh mục Pico Technology.
Khi số liệu đo đi vào hồ sơ sản phẩm
Hồ sơ thiết kế, biên bản thử nghiệm EMC nội bộ, tài liệu chứng minh tuổi thọ pin gửi cho khách hàng — cả ba đều dẫn số từ thiết bị đo. Ở những chỗ đó, con số chỉ có giá trị nếu máy còn hiệu lực hiệu chuẩn. Techmaster có phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho nhóm thiết bị đo điện. Nếu quy trình của bạn cần một máy để bàn có màn hình rời cho khâu kiểm tra cuối, tham khảo so sánh với Keysight MSOX2014A.
Câu hỏi thường gặp
PicoScope 3000D đo được dòng tiêu thụ của thiết bị IoT không?
Đo gián tiếp. Máy hiện sóng đo điện áp, nên phải qua điện trở shunt hoặc que đo dòng rồi tự quy đổi. Ngoài ra máy là 8 bit, nên khoảng cách giữa dòng ngủ cỡ micro-ampe và dòng phát cỡ trăm mili-ampe quá rộng để đo trọn trong một thang. Thế mạnh thật của máy ở việc này là xác định chính xác thời gian thức và các pha trong chu kỳ.
Máy phát sóng tuỳ ý tích hợp làm được gì cho công việc nhúng?
Ngoài các dạng sóng chuẩn, bộ phát có PRBS và nhiễu trắng. PRBS dùng để nạp dòng bit giả ngẫu nhiên vào đường truyền đang thiết kế và đo đầu nhận; nhiễu trắng dùng để kích mạch lọc rồi xem đáp ứng trên chế độ phổ. Phần tuỳ ý chạy 20 MS/s, bộ đệm 32 kS, độ phân giải 12 bit, thời gian lên dưới 120 ns.
Quan sát kéo dài hàng phút thì bộ nhớ có đủ không?
Với cửa sổ vài trăm mili giây thì dùng chế độ bắt khối với bộ nhớ 64 MS tới 512 MS tuỳ bậc băng thông. Dài hơn thì chuyển sang chế độ truyền liên tục: 17 MS/s qua phần mềm PicoScope hoặc tới 125 MS/s qua PicoSDK, khi đó dung lượng chỉ giới hạn bởi bộ nhớ máy tính.
Có dựng được trạm kiểm tra tự động không?
Có. Mask limit testing so dạng sóng với mặt nạ sinh từ bo chuẩn và đếm vi phạm; nhóm hành động tự động cho phép dừng, lưu bộ đệm, phát âm báo, kích bộ phát sóng hoặc chạy chương trình ngoài khi có lỗi. PicoSDK cho phép điều khiển toàn bộ phép đo, với số phân đoạn bộ nhớ lên tới một triệu.
Bản MSO và bản thường khác nhau ở cổng nào?
Bản MSO có thêm 16 kênh logic nhưng không có ngõ trigger ngoài EXT, và đầu ra bộ phát sóng chuyển từ mặt trước ra mặt sau. Bản thường giữ ngõ EXT trên BNC mặt trước nhưng không có kênh số.
