אוסצילוסקופים בעלי קצב עדכון מהיר חוסכים זמן יקר בתהליך איתור הבאגים

אתה מסתמך על האוסצילוסקופ שלך מדי יום ביומו, לכן חשוב לוודא שהאוסצילוסקופ שברשותך הוא אכן המתאים ביותר לעבודתך. כמות הזמן שאתה משקיע באיתור באגים בהתקן שלך קשורה ישירות לעמידה בלוח הזמנים ולדרישות פיתוח המוצר. אין זה מובן מאליו כי האוסצילוסקופ המתקדם ביותר בענף או דווקא הזול ביותר הוא זה המתאים ביותר עבורך. האפשרות הטובה ביותר כוללת בחירה באוסצילוסקופ אשר מפחית באופן דרמטי את הזמן המוקדש לאיתור באגים בהתקן ואשר מקל על העבודה. בעת שאתה בוחן אוסצילוסקופים שונים, קח בחשבון את היענות התצוגה בכל ההגדרות השונות שבהן אתה משתמש.
עומק הזיכרון, הערוצים הדיגיטליים והפענוח הטורי יכולים כולם להיות בעלי השפעה על קצב העדכון של צורות הגל של יצרנים מסוימים ועל היענות האוסצילוסקופ.

מאמר זה יתמקד באופן שבו קצב העדכון של האוסצילוסקופ והיענות התצוגה שלו יכולים להפחית באופן דרסטי את כמות הזמן המוקדשת לפתרון בעיות או לליקוט נתונים, וזאת על-ידי זיהוי תחומים עיקריים בתהליך פתרון הבעיות שבהם קצב העדכון מהווה מפרט חיוני עבור האוסצילוסקופ.
אף על פי שהמהנדסים נוטים להתעלם לעתים מזומנות מביצועי קצב העדכון של צורת הגל בעת בחירת אוסצילוסקופ, קצב העדכון של צורת הגל יכול להיות בעל השפעה ניכרת על יכולתך לאתר ולפתור בעיות המתרחשות מפעם לפעם במעגלים.

מדוע יש חשיבות לקצב העדכון של האוסצילוסקופ?
יש שלוש סיבות עיקריות לכך שקצבי עדכון מהירים חוסכים זמן יקר בעת השימוש באוסצילוסקופ לצורך איתור באגים. ראשית, כאשר האוסצילוסקופ מתעדכן באיטיות רבה, הוא יכול להפוך את השימוש בו לחוויה מתסכלת ביותר. כאשר אתה מסובב את בקרת בסיס הזמן, אתה מצפה מהאוסצילוסקופ להגיב באופן מיידי ולא שניות לאחר שהוא מסיים את עיבוד הנתונים. הדבר עלול לגרום לזמן איתור הבאגים להיות ממושך בהרבה מכפי שדרוש, משום שאתה מעביר חלק ניכר מן הזמן בחוסר פעילות, בעת שאתה ממתין שהאוסצילוסקופ יגיב לבקרה שלך. שנית, קצבי עדכון מהירים של צורת הגל יכולים לשפר את איכות התצוגה של צורת הגל שמופיעה על המסך. הדבר מאפשר לך לראות רמת פירוט גבוהה יותר של האותות מכפי שמתאפשר בעת שימוש באוסצילוסקופ המתאפיין בקצב עדכון איטי יותר של צורת הגל. לבסוף – וחשוב מכול – קצבים מהירים של עדכון צורת גל יכולים להשפיע על היכולת הסטטיסטית של האוסצילוסקופ ללכוד חריגות נדירות ותקלות, אשר עלולות לגרום לבעיות בתכנון אם הן אינן מזוהות בשלביו המוקדמים של תהליך איתור הבאגים.
כיצד קצב העדכון משפיע על איכות תצוגת האות
איכות התצוגה של האוסצילוסקופ שלך יכולה להשפיע במידה ניכרת על יכולתך לפתור ביעילות בעיות המתגלות בתכנון. אם האוסצילוסקופ שלך מצויד בתצוגה מאיכות ירודה, ייתכן שלא תוכל לראות חריגות קריטיות באות. אוסצילוסקופ אשר מסוגל להציג את ההדרגתיות בעוצמת האות ומתאפיין בקצב גבוה של עדכוני צורת גל יכול לחשוף פרטים חשובים של צורת הגל, כולל חריגות באות, במגוון רחב של יישומים אנלוגיים ודיגיטליים ושל יישומי אותות פרוטוקולים. אוסצילוסקופים של יצרנים מסוימים עושים שימוש במצב תצוגה שנקרא Analog Persistence (התמדה אנלוגית) – טכניקה שמיועדת לדמות את איכות התצוגה של אוסצילוסקופ אנלוגי. באמצעות ההתמדה האנלוגית, עוצמת הנקודות שעברו דיגיטציה דועכת במהלך זמן ההתמדה שנקבע על-ידי המשתמש. אולם כאשר מדובר בהגדרת התמדה מינימלית של 0.5 שניות, קצב העדכון האפקטיבי של צורת הגל הוא רק שתי צורות גל בשנייה. במקרה כזה, תצוגת האוסצילוסקופ אינה יכולה להראות את ההדרגתיות בעוצמה ומתאפיינת בקצב עדכון איטי, כך שאם אתה משתמש באוסצילוסקופ זה ככלי לאיתור באגים, לא תוכל להשיג ייצוג נאמן של האות הנבדק ואתה עלול שלא להבחין בפרטי אות קריטיים. לעומת זאת, אוסצילוסקופים אחרים מציגים פרטי אות קריטיים תוך שמירה על קצב עדכון גבוה של צורת גל, כמתואר באיור 1 ובאיור 2.
עם כניסתו לזירה של האוסצילוסקופ הדיגיטלי (DSO), התברר כי אחד החסרונות העיקריים שלו לעומת האוסצילוסקופים האנלוגיים הוא היעדר היענות. במקרים רבים, קצבי עדכון הלכידה של האוסצילוסקופים הדיגיטליים נעו בטווח שבין צורת גל אחת לשתי צורות גל בשנייה, גם כאשר היה מדובר בעומק זיכרון רדוד של 1000 נקודות בלבד. הדבר הפך את האוסצילוסקופ הדיגיטלי למסובך יותר לשימוש. כאשר מהנדסים וטכנאים משתמשים באוסצילוסקופ שלהם לצורך איתור באגים במערכת אלקטרונית, הם משתמשים לעתים באוסצילוסקופ ככלי “עיון”, לשינוי מהיר של תנאי הגדרה כגון volts/div ובקרות בסיס זמן תוך הצגת צורות הגל בתצוגת האוסצילוסקופ. אם עדכון התצוגה משתנה באיטיות במהלך ביצוע השינויים בהגדרות, הדבר עלול להפוך מתסכל עד מאוד ולהאריך את משך הזמן המוקדש לתהליך איתור הבאגים.
בעקבות ההתפתחות שחלה בטכנולוגיית האוסצילוסקופים הדיגיטליים, רוב יצרני הסקופים מספקים מוצרים המתאפיינים בהיענות ובעומקי זיכרון של פחות מ-100K נקודות. הביקוש העכשווי לאוסצילוסקופים בעלי זיכרון עמוק גרם להמשך הפגיעה בהיענות של אוסצילוסקופים רבים, וזאת בגין כמות הזמן הנדרשת לעיבוד רשומת צורת הגל לאחר הדיגיטציה. מסיבה זו, ברירת המחדל עבור אוסצילוסקופים רבים בעלי זיכרון עמוק הוא מצב זיכרון רדוד (בדרך כלל, פחות מ-50K נקודות). בעת השימוש בזיכרון רדוד, האוסצילוסקופ ממשיך להגיב. אם המשתמש זקוק לזיכרון עמוק יותר עבור יישומים מיוחדים, באפשרותו לבחור באחד ממצבי הזיכרון העמוק, אולם יהיה עליו להתמודד עם ההתפשרות על אוסצילוסקופ שאינו מגיב, כאשר במקרים מסוימים יש צורך ב-8 עד 10 שניות עבור כל עדכון מסך. כאשר אתה מנסה לחסוך זמן בתהליך איתור הבאגים על מנת לעמוד בדרישות פיתוח המוצר – מצב כזה אינו מקובל.
Agilent Technologies, אחת מיצרניות האוסצילוסקופים, פיתחה טכנולוגיה הידועה בשם MegaZoom במסגרת האוסצילוסקופים מסדרת InfiniiVision. דרך הזיכרון העמוק של MegaZoom, קצבי העדכון הדיגיטליים יכולים לעלות על עשרות אלפי צורות גל בשנייה, גם בעת עיבוד של רשומות עמוקות במיוחד של צורות גל. MegaZoom אינו מצב פעולה מיוחד. מדובר במצב פעולה רגיל של האוסצילוסקופ, עם גישת משתמש מלאה לרשומות הזיכרון. כאשר עדכוני הלכידה המרביים נשארים בטווח זה, היענות האוסצילוסקופ נשמרת.

קצבי העדכון משפיעים על הסתברות הלכידה של אירועים נדירים
הסיבה העיקרית לכך שמהנדסי התכנון משתמשים באוסצילוסקופים הוא הצורך לאתר בעיות תכנוניות עוד לפני השקת המוצר החדש לשוק. רוב המהנדסים מסכימים, מן הסתם, כי סוגי הבעיות שאותן קשה ביותר לפתור הן אלה שמתעוררות באופן נדיר או אקראי. משום כך נודעת חשיבות קריטית לקצבי העדכון של האוסצילוסקופ בעת איתור באגים במעגלים דיגיטליים גבוהי מהירות, כיוון שכך גדלה ההסתברות ללכידתן של חריגות נדירות באות. אילו היו האותות שאחריהם אתה נדרש לעקוב בתצוגת האוסצילוסקופ הדירים ברובם (ללא חריגות), הרי שלא הייתה כל חשיבות לקצבי עדכון מהירים במיוחד. אולם כאשר האותות אינם חוזרים על עצמם, סביר להניח שגילוי האירועים הנדירים והאקראיים ידרוש זמן רב. קצבי עדכון מהירים יותר מגדילים את הסבירות ללכידתם של אירועים אלה וחוסכים לך זמן יקר בתהליך איתור הבאגים.
איור 3 מציג תקלה אקראית , אשר נגרמת בממוצע רק פעם אחת בכל 50,000 מחזורים של אותות נתונים. אילו ידעת מראש שאירוע זה מתרחש באופן אקראי, היית יכול להגדיר את רוב הסקופים כך, שיופעלו בתנאי התקלה וזאת על בסיס הגדרה של רוחב פולס מינימלי לצורך לכידה אמינה של התקלה בכל פעם. אבל ברוב המקרים, אינך מודע לקיום התקלה. במקרה כזה, אין לך ברירה אלא לבדוק אותות שונים בתכנון על מנת לוודא תקינות אות נאותה, כאשר האוסצילוסקופ מוגדר להפעלה בתנאי קצה של עלייה או ירידה. בגלל קצבי העדכון האיטיים שלהם, אוסצילוסקופים של יצרנים מסוימים צריכים ללכוד נתונים במשך יותר משניות ספורות על מנת שיצליחו ללכוד אירועים נדירים. אם בכוונתך להשתמש במודל איתור הבאגים האופייני, שבמסגרתו מבוצעת בחינה של כל נקודת בדיקה במשך שניות מעטות, וברצונך ללכוד את האירועים המופיעים באופן לא סדיר ואשר עשויים להתרחש בכל צומת, הרי שאתה זקוק לאוסצילוסקופ עם זמן עדכון מהיר במיוחד.
התקלה המוצגת באיור 3 נלכדה באמצעות האוסצילוסקופ מסדרת InfiniiVision 7000B של Agilent, אשר יכול לעדכן צורות גל בקצב של עד 100,000 פעמים בשנייה. בקצב עדכון זה, ההסתברות הסטטיסטית ללכידת אות התקלה הספציפי על-ידי האוסצילוסקופ גדול פי שניים בקירוב על כל שנייה. לאחר גילוי התנהגות לא צפויה זו במעגל ההתקן, ניתן לבצע פעולות נוספות של איתור באגים על מנת לבודד אותה.
השפעת קצב העדכון על ביצועי אוסצילוסקופ אותות מעורבים (MSO)
בלבם של רוב התכנונים המוטבעים הקיימים בשוק נמצא בדרך כלל מיקרו-בקר (MCU) או מעבד אותות דיגיטלי (DSP). בפועל, רבים מהתקנים אלה הם מעגלים משולבים של ניתוח אותות מעורבים ובקרה המצוידים בקווי I/O אנלוגיים, דיגיטליים וטוריים שמתממשקים לציוד היקפי נוסף. ברוב המקרים, ה-MSO הוא אכן הכלי המתאים לאיתור באגים בתכנונים מוטבעים של אותות מעורבים. ה-MSO הוא שילוב של אוסצילוסקופ אחסון דיגיטלי ושל נתח לוגי במכשיר יחיד. באמצעותו ניתן לראות צורות גל אנלוגיות ודיגיטליות מרובות, בהתאמת זמן ועל גבי תצוגה יחידה. תכונות נוספות אשר משמשות לאיתור באגים באמצעות האוסצילוסקופ, כגון ערוצים דיגיטליים, יכולות להשפיע באופן דרמטי על קצב העדכון של אוסצילוסקופים מסוימים.
אילו היית משווה בין אוסצילוסקופים על-ידי בדיקת כל אחד מהם תחת מגוון תנאים, כגון טווח בסיס זמן, עומק זיכרון, מספר ערוצים (אנלוגיים ודיגיטליים) ופענוח טורי, היית מצליח להבחין בהשפעה שיש להגדרות אלה על קצב העדכון של צורת הגל. במקרה של אוסצילוסקופים מסוימים, אפילו לעצם ההפעלה של הערוצים הדיגיטליים נודעת השפעה נכבדה על קצבי העדכון. במקרים אחרים, אין להפעלת הערוצים הדיגיטליים כל השפעה על קצב העדכון של צורת הגל. הסיבה היא, כי יצרני אוסצילוסקופים מיישמים צורות שונות של טכנולוגיית תצוגה של צורת גל. על מנת לשמר קצבי עדכון מהירים של צורת הגל תחת תצורות שונות של איתור באגים, Agilent Technologies משתמשת בטכנולוגיית MegaZoom מוגנת הפטנט פרי פיתוחה, אשר משלבת טכניקות של עיבוד חומרה נרחב, וזאת בניגוד לטכניקות עיבוד תוכנה שבהן נעשה שימוש במסגרת אוסצילוסקופים של יצרנים אחרים.
השפעת קצבי העדכון על מדידות אפיק טורי
אילו היית מנסה ללכוד סיבית ששודרה בשוגג או מנת סיביות מתוך רצף נתונים טורי ארוך, הרי שקיימת סבירות גבוהה יותר כי אוסצילוסקופים בעלי קצב רענון מהיר יותר היו מצליחים ללכוד את האירוע הנדיר. איור 4 מציג דוגמה לפריים שגוי במנת נתונים של אפיק טורי תואם CAN. אוסצילוסקופ זה מתאפיין בקצב עדכון מהיר ביותר של צורת הגל, אשר אינו פוחת גם בעת שימוש בתכונת הפענוח הטורי. לעומת זאת, האוסצילוסקופ המוצג באיור 5 מתאפיין בקצב עדכון איטי כאשר תכונת הפענוח הטורי מופעלת ואינו לוכד את פריים השגיאה החריג מתוך מנת הנתונים, כך שבמקרה זה לפענוח הטורי נודעת השפעה עצומה על קצה העדכון של צורת הגל. אחת הסיבות להשפעה דרמטית זו של הפענוח הטורי על קצב העדכון של צורת הגל היא העובדה, כי אוסצילוסקופים רבים משתמשים בפענוח טורי מבוסס תוכנה. אוסצילוסקופים אשר משתמשים בפענוח מבוסס חומרה לא יתאפיינו בכל פגיעה בקצבי העדכון של צורות הגל גם בעת שימוש בתכונת הפענוח.

סיכום
הזמן שלך יקר ואימות הפעולה התקינה של התכנון שלך אינך אמור להימשך יותר מכפי הנדרש. אחת הדרכים הטובות ביותר לצמצום הזמן המוקדש לאיתור באגים היא בעצם בחירת אוסצילוסקופ המתאפיין בקצבי העדכון המהירים ביותר של צורות גל ופענוח. הדבר יאפשר לך לאתר בקלות את האירועים הנדירים והבלתי צפויים שאנו חוששים תמיד כי לא נגלה לפני השקת המוצר. קיימים גורמים רבים אשר יכולים להוריד את קצבי עדכון צורת הגל של האוסצילוסקופ אל מתח למפרט ה”best-case” המצוין בגיליון הנתונים. חשוב לדעת אם האוסצילוסקופ כולל “מצב מיוחד” לעומת “מצב פעולה רגיל”. במקרה של אוסצילוסקופים של יצרנים מסוימים, קצב העדכון המרבי ניתן להשגה רק במצבי פעולה מיוחדים. כאשר אתה פועל במצב הלכידה הרגיל, אתה עלול שלא לדעת כלל כי עליך לבחור במצב המיוחד על מנת לזהות חריגות. במקרה כזה, מומלץ לבחור אוסצילוסקופ אשר קצבי העדכון שלו בעת שימוש בזיכרון עמוק ממוטבים תמיד, מבלי שתידרש לעבור למצב פעולה מיוחד. כמו כן, הוספה של ערוצים דיגיטליים או פענוח טורי אמורה לשפר את יכולת איתור הבאגים של האוסצילוסקופ שלך ולא למנוע ממנו ללכוד את הבעיה שאותה עליך לגלות. האוסצילוסקופים מסדרת InfiniiVision 7000B של Agilent, המצוידים בטכנולוגיית MegaZoom III, מספקים קצבי עדכון מהירים של צורת גל ואינם דורשים מן המשתמש לבחור במצבי פעולה מיוחדים אשר עלולים לגרום לו להתפשר על ביצועים ועל פונקציונליות.