Ứng dụng Keysight DSOX3104G: đo sườn nhanh, nguồn và bus SPI

Keysight DSOX3104G là máy hiện sóng 1 GHz, bốn kênh tương tự, cấu hình cao nhất của dòng InfiniiVision 3000G X-Series. Băng thông 1 GHz chỉ phát huy khi cách đấu nối và cài đặt đúng: đầu dò, trở kháng vào, số kênh đang bật đều ảnh hưởng tới kết quả. Bài này đi qua bốn quy trình đo thực tế trên DSOX3104G: đo sườn xung nhanh, kiểm tra trình tự cấp nguồn, giải mã SPI bốn dây và phân tích nguồn xung. Mọi con số lấy từ trang sản phẩm và data sheet 3121-1451 của Keysight.

DSOX3104G thông số quyết định cách đo

Theo Keysight, các thông số chi phối trực tiếp cách bạn cài đặt máy là:

• Băng thông 1 GHz, thời gian lên tính toán (10–90%) ≤ 450 ps.
• Tốc độ lấy mẫu 5 GSa/s khi chỉ dùng một nửa số kênh (ghép xen), 2,5 GSa/s khi bật cả bốn kênh.
• Bộ nhớ 4 Mpts ở chế độ nửa kênh, 2 Mpts khi bật tất cả các kênh.
• Tốc độ cập nhật trên 1.000.000 dạng sóng mỗi giây.
• Độ nhạy 1 mV/div đến 5 V/div ở 1 MΩ; 1 mV/div đến 1 V/div ở 50 Ω.
• ADC 8 bit, chế độ high-resolution lên tới 12 bit khi thang thời gian từ 10 µs/div trở lên ở 5 GSa/s.
• Tích hợp sẵn: máy phát WaveGen 20 MHz, vôn kế số 3 chữ số, bộ đếm 8 chữ số tới 1,0 GHz, phân tích đáp ứng tần số (Bode), bộ nhớ phân đoạn và Zone trigger.

Lưu ý: mô tả ngắn trên một số trang bán hàng, kể cả trang sản phẩm của chúng tôi, ghi tốc độ lấy mẫu 2 GSa/s / 1 GSa/s. Theo data sheet Keysight, con số đúng là 5 GSa/s và 2,5 GSa/s.

Quy trình 1: đo sườn xung nhanh mà không mất băng thông ở đầu dò

Đây là chỗ nhiều người dùng máy 1 GHz đo sai mà không biết. Đầu dò đi kèm máy là N2843A, loại thụ động 500 MHz, 10:1. Ghép máy 1 GHz với đầu dò 500 MHz, theo phép tính gần đúng căn tổng bình phương thời gian lên, băng thông cả hệ chỉ còn khoảng 447 MHz. Muốn dùng hết 1 GHz:

1. Tín hiệu có nguồn 50 Ω (ngõ ra máy phát, đường truyền có phối hợp trở kháng): nối cáp đồng trục thẳng vào máy, chọn trở kháng vào 50 Ω. Độ nhạy ở 50 Ω là 1 mV/div đến 1 V/div.
2. Điểm đo trên bo mạch: dùng đầu dò tích cực. Data sheet ghi dòng 3000G hỗ trợ tối đa hai đầu dò tích cực cùng lúc (có một số ngoại lệ).
3. Chỉ bật hai kênh khi cần độ phân giải thời gian cao nhất, để máy chạy 5 GSa/s thay vì 2,5 GSa/s.
4. Bù lệch thời gian (deskew) giữa các kênh khi đo độ trễ lan truyền; dải deskew là ±100 ns.

Phân tích chi tiết về đầu dò và tải dung kháng có trong bài chọn đầu dò máy hiện sóng, còn cách đọc thời gian lên và sai số đo nằm ở bài phân tích tín hiệu xung.

Quy trình 2: kiểm tra trình tự cấp nguồn bốn đường ray

Bo mạch dùng FPGA hay SoC thường có ba, bốn đường nguồn phải lên theo thứ tự và khoảng trễ quy định. Bốn kênh của DSOX3104G cho phép nhìn tất cả trên một màn hình:

1. Nối bốn kênh vào bốn đường nguồn (ví dụ 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V, 0,9 V), thang 500 mV/div hoặc 1 V/div.
2. Đặt trigger sườn lên trên đường nguồn đầu tiên, chế độ single.
3. Dùng con trỏ hoặc phép đo delay để đọc khoảng trễ giữa các đường; máy hiển thị tối đa 8 phép đo cùng lúc trong 44 phép đo tự động.
4. Lặp lại nhiều lần cấp nguồn với bộ nhớ phân đoạn (tối đa 1.000 phân đoạn, thời gian tái kích tối thiểu 1 µs) để tìm lần khởi động bất thường.
5. Nếu một đường bị sụt áp ngắn, vẽ vùng Zone trigger bằng ngón tay quanh vị trí sụt để máy chỉ kích khi lỗi xảy ra.

Trên dây chuyền sản xuất, bước 3 có thể thay bằng kiểm tra giới hạn phép đo hoặc mask test phần cứng, đạt tới 270.000 lần kiểm tra mỗi giây, có sẵn trên 3000G.

Quy trình 3: giải mã SPI bốn dây đầy đủ

Với máy hai kênh, SPI có chân chọn chip là bài toán thiếu kênh. DSOX3104G có đúng bốn kênh cho SCLK, MOSI, MISO và CS. Gói phần mềm nhúng chuẩn của 3000G đã có trigger và giải mã I2C, SPI, UART (RS232/422/485), I2S và USB PD, không cần mua thêm. Cách làm:

• Gán kênh 1 cho SCLK, kênh 4 cho CS, hai kênh còn lại cho MOSI và MISO; đặt ngưỡng ở khoảng giữa mức logic.
• Trigger theo giá trị dữ liệu (ví dụ một mã lệnh đọc flash), xem bảng lister giải mã song song với dạng sóng.
• Kết hợp bộ nhớ phân đoạn để chỉ lưu các gói khớp điều kiện, đọc nhãn thời gian để biết khoảng cách giữa các lần truy cập.

Máy giải mã đồng thời hai bus. CAN, CAN FD, LIN, SENT cần gói tùy chọn D3000AUTB; MIL-STD 1553 và ARINC 429 cần D3000AERB.

Quy trình 4: phân tích nguồn xung và vòng điều khiển

Bốn kênh cũng là số kênh tiêu biểu khi đo một tầng chuyển mạch: điện áp cổng, điện áp chuyển mạch, dòng qua cuộn cảm (bằng đầu dò dòng) và điện áp ra. Gói tùy chọn D3000PWRB bổ sung phép đo tổn hao chuyển mạch, gợn sóng đầu ra, đáp ứng quá độ, thời gian bật/tắt, hiệu suất, chất lượng điện, sóng hài dòng và PSRR.

1. Đặt trigger theo sườn của tín hiệu cổng, bật giới hạn băng thông khoảng 20 MHz cho kênh đo gợn sóng nếu quy trình yêu cầu.
2. Với gợn sóng mức mV trên đường DC, dải offset của máy ở thang nhỏ là ±2 V; đường có điện áp cao hơn thì ghép AC hoặc dùng đầu dò power rail N7020A (offset ±24 V, 1:1, 2 GHz).
3. Đo đáp ứng vòng điều khiển bằng chức năng Bode có sẵn: WaveGen làm nguồn kích thích, quét tới 20 MHz, máy tự tính độ dự trữ pha và độ dự trữ biên.

Máy Hiện Sóng Keysight DSOX3104G hay bản MSO?

DSOX3104G không có kênh số. Nếu công việc thường xuyên cần xem bus song song hoặc nhiều tín hiệu logic cùng lúc với bốn kênh tương tự, có thể nâng cấp DSO lên MSO bằng giấy phép DSOXG3MSO, đi kèm đầu dò logic 16 kênh. Xem các dòng máy và thiết bị khác trong danh mục thiết bị Keysight.

DSOX3104G giá và hỗ trợ tại Techmaster

Giá DSOX3104G thay đổi theo gói phần mềm (D3000PWRB, D3000AUTB, D3000BDLB…), nâng cấp MSO và đầu dò tích cực đi kèm, nên vui lòng liên hệ báo giá DSOX3104G để nhận cấu hình phù hợp. Máy đi kèm một đầu dò N2843A cho mỗi kênh; Keysight bảo hành 3 năm và khuyến nghị chu kỳ hiệu chuẩn 3 năm.

Techmaster là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025, hỗ trợ chọn đầu dò, hướng dẫn quy trình đo và hiệu chuẩn định kỳ cho máy hiện sóng Keysight DSOX3104G.

Câu hỏi thường gặp

Keysight DSOX3104G lấy mẫu bao nhiêu GSa/s khi bật cả bốn kênh?

Theo data sheet Keysight, 2,5 GSa/s khi bật tất cả các kênh và 5 GSa/s khi chỉ dùng một nửa số kênh; bộ nhớ tương ứng 2 Mpts và 4 Mpts.

Đầu dò đi kèm có đủ cho băng thông 1 GHz không?

Không hoàn toàn. Đầu dò N2843A đi kèm có băng thông 500 MHz, nên băng thông cả hệ đo thấp hơn 1 GHz. Để dùng hết băng thông, nối cáp đồng trục vào ngõ vào 50 Ω hoặc dùng đầu dò tích cực.

DSOX3104G giải mã SPI có cần mua thêm tùy chọn không?

Không. I2C, SPI, UART (RS232/422/485), I2S và USB PD có sẵn trên dòng 3000G. CAN, CAN FD, LIN và SENT cần gói D3000AUTB.

Biên soạn bởi Khanh Nguyen — Marketing Manager, Techmaster Electronics JSC.