Seit der Ära der diskreten Geräte hat sich das Spektrum der Prüf- und Messgeräte erheblich weiterentwickelt. Früher waren Messgeräte einfach nur Messgeräte, Oszilloskope waren Oszilloskope, und Logikanalysatoren waren ebenfalls nur Logikanalysatoren – jedes Gerät hatte seine eigenen Fähigkeiten und Einschränkungen. Die Interkonnektivität beschränkte sich oft auf Trigger für die Signalverfolgung bei analogen Oszilloskopen oder die Datenerfassung mit Logikanalysatoren. Das machte die Konfiguration zu einer komplexen Angelegenheit, denn für verschiedene Messungen oder Verifikations-Tests mussten umfangreiche Verkabelungen und Änderungen an den Verbindungen vorgenommen werden. Dies hat sich jedoch stark verändert.

Heute sind zwar immer noch diskrete Tools wie digitale Oszilloskope, Signalgeneratoren, Digitalmultimeter, Emulatoren und Logikanalysatoren erhältlich, doch in modernen Testlaboren kommen vor allem integrierte Tools für Mixed-Signal-Designs und -Verifizierungen zum Einsatz. Durch die Integration dieser Tools in Workstations und PCs können Test- und Verifizierungsaufgaben reibungsloser zwischen Abteilungen, Herstellern und Test-/Zertifizierungsstellen abgewickelt werden.

Die Diskussion: Test mit oder ohne Tastkopf

Eine der wichtigsten Neuerungen in modernen Embedded-Systemen ist die Möglichkeit, Selbsttests durchzuführen und serielle Boundary-Scan-Technologien zur Überprüfung der Signalintegrität und -kontinuität einzusetzen. Die Boundary-Scan-Technologien sind zwar in erster Linie auf den digitalen Bereich beschränkt, aber die meisten großen integrierten Schaltungen nutzen Boundary-Scan-Technologien wie J-Tag zum Laden von Code und zum Testen und Prüfen von E/A-Leitungen.

Diese Entwicklung hat zu einer Verkleinerung der Leiterplatten geführt, da der Bedarf an mehreren diskreten Testpunkten weitgehend weggefallen ist. Gleichzeitig wird die Zeit für Design, Test und Debugging erheblich verkürzt, da Durchgangs- oder Kurztests über ein serielles Netzwerk durchgeführt werden können. Angesichts der Fine-Pitch-Pinouts moderner Prozessoren, die den zuverlässigen Einsatz von Durchgangsprüfgeräten zur Überprüfung der Integrität der hohen Pinanzahl erschweren, ist dies ein großer Vorteil.

Mit modernen Multifunktions- und Mixed-Signal-Test- und Messwerkzeugen lassen sich digitale Systeme effizient testen, einschließlich Debugging und Verifizierung serieller Kommunikationsnetzwerke. Hierzu zählen Chip-to-Chip-Kommunikation wie I2C, UART und SPI sowie M2M-Kommunikationen wie Ethernet und Glasfaser.

Die Drahtlostechnologie ist ein Beispiel für die Herausforderungen der Mixed-Signal-Prüfung, da sie Tests von digitalen und analogen Schaltungen sowie Übertragungsleitungen umfasst. Durch die Prüfung dieser Schaltungen können sich ihre Eigenschaften verändern. Dies macht die berührungslose Prüfung zu einem Spezialgebiet, das die drahtlose HF-Erkennung und Signalverarbeitung umfasst. Trotz der Möglichkeiten moderner PCB-Layout-Tools weichen die Ergebnisse in der Praxis oft ab, sodass mehrere Iterationen von Leiterplatten erforderlich sind, um die gewünschte Leistung zu erzielen. Jede dieser Designanwendungen stellt spezifische Anforderungen an das Design und die Funktionsprüfung, was für Entwickler die Frage aufwirft, wie sie die besten Tools für ihre Bedürfnisse finden können.

Die Entscheidung: All-in-One oder modular

Qualitätshersteller bieten mehrere integrierte Prüfgeräte an, die sich hervorragend als Ausgangspunkt eignen. Wenn ein einziges Gerät die meisten der erforderlichen Tests durchführen kann, vereinfacht dies die Konnektivität und Synchronisation. Dazu muss zunächst die Anzahl der benötigten Kanäle bestimmt werden, wobei analoge und digitale Kanäle getrennt zu betrachten sind, da sie in der Regel nicht austauschbar sind.

Auch die Art der integrierten Anzeige kann sich auf Größe und Preis auswirken. Eigenständige Mixed-Signal-Messgeräte wie die Serie von Mixed-Domain-Oszilloskopen MDO4000C von Tektronix sind robust und vielseitig und eignen sich für viele komplexe Anwendungen (Abbildung 1). Auf dem integrierten XGA-Display können Benutzer Wellenformen und Messungen anzeigen und mithilfe der integrierten Ethernet- und USB-Konnektivität in einen flexiblen und erweiterbaren Prüfstand integrieren.

Bei anspruchsvolleren Anwendungen, die mehr Funktionen erfordern, als ein All-in-One-Gerät bieten kann, können jedoch Werkzeuge wie das modulare 4-Kanal-Oszi PicoScope 9404-16 CDR von Pico Systems mit einer Auflösung von 5 Tsample/sec erforderlich sein (Abbildung 2). Bei diesem Modul wird ein PC oder Laptop zur Datenanzeige verwendet. Dadurch eignet es sich ideal für Service- und Kalibrierungszwecke vor Ort.

Aspekte für den mobilen Einsatz

Bei verschiedenen Designs kann die Entscheidung zwischen einem integrierten Display in einem Prüfgerät oder der Vernetzung mit anderen Geräten und Computern eine Herausforderung darstellen. Diese Entscheidung wird besonders wichtig, wenn der Prüfstand mobil sein muss.

Im Außendienst werden häufig strenge Anforderungen an die planmäßige Wartung und Reparatur gestellt. Bei modernen Designlösungen kann eine Kalibrierung erforderlich sein, und aus Kostengründen ist es unter Umständen nicht möglich, stabile Kalibrierungsreferenzen in die Geräte zu integrieren. All-in-One-Geräte wie das von Tektronix bieten eine umfassende Lösung, die den Transport und die Einrichtung verschiedener Geräte überflüssig macht. Für die Prüfung vor Ort können jedoch spezielle Module erforderlich sein.

Ein wesentlicher Vorteil von All-in-One-Geräten besteht darin, dass ein Entwickler, egal ob mobil oder im Labor, nur ein einziges Tool beherrschen muss, das die Anforderungen erfüllt. Da zudem heute praktisch jeder Zugang zu Laptops und Tablets hat, lassen sich mithilfe von Einrichtungsmakros flexible Geräte schnell und präzise für mehrere Tests programmieren und konfigurieren, was menschliche Fehler reduziert und wertvolle Zeit spart.

Fazit

Es gibt keine Universallösung für Tests und Messungen. Verschiedene Disziplinen stellen unterschiedliche Anforderungen. IC-Entwickler brauchen z. B. Pin-Leckage-Tests, die für Gerätedesigns nicht erforderlich sind. Hochspannungstests sind ebenfalls auf bestimmte Geräte beschränkt.

Die Entwickler müssen sorgfältig abwägen, ob sie Testpunkte hinzufügen wollen, wenn dies notwendig und am wenigsten störend ist. Für das Testen von DACs, ADCs, Audio- und Videosystemen und drahtlosen HF-Geräten sind möglicherweise spezielle Werkzeuge erforderlich. Die heutigen Mixed-Signal-Testgeräte bieten jedoch ausgereifte Lösungen für viele dieser Anforderungen und liefern genaue und zuverlässige Berichte.