Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190

Rušivé impulzy, kolísání hodinového signálu, havárie systému. Tyto události jsou noční můrou servisního tech­nika.
Jsou to problémy, které se mohou skrývat v elektrické síti napájející zařízení těsně mimo rozlišovací schopnosti běžných měřicích přístrojů jak multimetr, klešťový ampérmetr nebo dokonce pouhá zkoušečka.

V takovýchto situacích je třeba použít nástroj s několika dodateč­nými možnostmi. Neobejdeme se totiž bez možnosti spouštění měření šíří pulzu. Spouštění šíří pulzu, někdy zvané spouštění s kvalifikací času nebo spouštění na rušivém impulzu, rozšiřuje možnosti za hranice měření s využitím spouštění hranou pulzu.

Jedná se o výkonný způsob zachycení specifického kladného nebo záporného pulzu spouštěním podle trvání pulzu, ne na jeho hraně. To je důležité protože v logickém obvodu například může být vážným zdrojem pro­blémů rušivý impulz, řekněme pulz výrazně rychlejší než hodinový signál.

Měření hrany jednoduše nepo­stačuje. Možnost spustit na rušivém impulzu, zkoumat co jej vyvolalo, a určit jeho vliv na zbytek systému, což vše umož­ňuje spouštění šíří pulzu, zajišťuje důležité diagnostické informace.

Bez ohledu na to, zda se jedná o chybu v synchronní logice, pro­blémy s frekvenčním měničem nebo chybu při sériovém přenosu dat, mohou osciloskopy vyba­vené funkcí spouštění šíří impulzu, například výkonné ruční modely ScopeMeter® řady 190, pomoci servisním technikům vystopovat i sebeskrytější problémy.

Ruční osciloskopy nabízející spouštění šíří pulzu jsou stále rarita, ale protože je pravděpodobné, že terénní servisní technici budou tuto funkci potřebovat stejně jako technici v laboratoři, vybavila společnost Fluke funkcí spouštění šíří pulzu svoje pokročilé pře­nosné osciloskopy ScopeMeter řady 190 (obrázek 1).

Nové ScopeMetery Fluke posouvají laťku ručních osciloskopů 190-204_300dpi_95x100mm_d2.jpg

Možnost spouštění pouze na rušivém impulzu, zkoumat, co jej vyvolalo, a určit jeho vliv na zbytek systému poskytuje servisnímu technikovi důležitý diagnostický nástroj. Kromě rušivých impulzů způsobují mnoho problémů s časováním v obvodech pulzy, které se zdají příliš dlouhé (což může indikovat například chybějící pulz). Pro jejich zachycení můžete nastavit osciloskop s funkcí spouštěním šíří pulzu na spouštění na pulzech delších, než je stanovené trvání. Spouštění na dlouhém pulzu je užitečné i u mnoha sběrnicových protokolů, kde dlouhý pulz často nastává na začátku datového toku.

Pro pokrytí všech pravdě­podobných eventualit funkce spouštění šíří pulzu přístroje ScopeMeter řady 190 nabízí čtyři kvalifikátory času: „méně než“ (< t), „více než“ (> t), „rovno“ (= t) a „nerovno“ (≠ t). Časový interval lze zvolit po minimálních krocích 0,01 dílku nebo 50 ns. Tyto osciloskopy také nabízejí prodlevu před-spouštění devět dílků, po-spouštění 1 000 dílků. Aby ale bylo možné nastavit správné podmínky spouštění, je třeba vědět něco o hledaném signálu, například znát pravdě­podobné trvání pulzu nebo zda je pravděpodobné, že zkoumaná podmínka povede k rušivému impulzu nebo pulzu delšímu, než je normální signál (Obrázek 2 a 3).

Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190 obr2-6.jpg

Obrázek 2. U této konstrukce CMOS řídicí signál 450 kHz vykazoval nepravidelná přerušení. Bylo zjištěno, že původ pře­rušení je v multiplexoru, která se rozepínal v nesprávnou dobu v důsledku přeslechu. Červená stopa (nahoře) zobrazuje signál 450 kHz s přerušením. Modrá stopa (dole) zobrazuje přeslech způsobující nesprávnou funkci spínače. Osciloskop byl spuštěn na přerušení signálu, které se zobrazuje jako pulz s daleko delším trváním, než jaké vykazují pulzy, ze kterých se skládá požadovaný signál. Obdélníkový průběh 450 kHz přichází s šíří pulzu přibližně 1,1 ms, bylo tedy zvoleno nastavení spouštění na pulzech s trváním >1,2 ms, což identifikovalo chybné pulzy. Použití spouštění šíří pulzu mělo zásadní význam při oddělení přerušení signálu od hlavního signálu. 

Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190 obr3-6.jpg

Obrázek 3. Při použití vyšší rychlosti časové základny je zřejmé, že přeslech způsobuje podsystém, který není synchro­nizován s řídicím signálem 450 kHz. Díky režimu Persistence (Dosvit) se následující pulzy zobrazují podobně jako na analo­govém osciloskopu s dosvitem obrazovky.

 

Sledování chyb v synchronní logice

Obvyklý problém u synchronních logických systémů představuje nečekaná prodleva časování způsobená pomalými periferními součástkami v trase signálu. Příklad: Na desce mikroproce­soru jediné hodiny kontrolují všechny funkce časování. Dva pulzy odvozené z hodin prochá­zející současně hradlem by měly generovat výstupní pulz syn­chronizovaný s časovým pulzem. Nečekaná prodleva jednoho ze signálů způsobená vadnou sou­částkou nebo, což je ještě horší, nekvalitní konstrukcí, může vést k výstupnímu pulzu s výrazně kratším trváním, než má časový pulz. To může vést v následu­jících částech obvodu k mnoha problémům s časováním. Pokud vznikne podezření na tento typ problému, lze přístroj ScopeMeter nastavit na spouštění na pul­zech kratších, než je časový pulz systému. Příklad: U časového pulzu 1 μs nastavení časového kvalifikátoru na jednom kanálu přístroje ScopeMeter na spouš­tění při t < 1 μs odhalí všechny součásti signálu, například rušivé impulzy, které by mohly způsobovat nečekané chování obvodu. Následně lze nastavit druhý kanál přístroje na sledo­vání ostatních součástí logického obvodu pro určení toho, které součástky způsobují rušivý impulz. Zobrazení před spuště­ním 9 × 12 dílků a 1 000 dílků po spuštění přístroje ScopeMeter navíc umožňuje zachytit všechny okolnosti obklopující zachyco­vanou událost a analyzovat je s vynikajícím časovým rozliše­ním. Vlastní funkce zachycení a přehrávání automaticky zazna­menává událost a umožňuje tak přehrát celý scénář později, kdy může být na analýzu problému více času (Obrázek 4).

Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190 obr4-5.jpg

Obrázek 4. Pulz kratší než časový pulz zachycený pomocí funkce spouštění šíří pulzu přístroje ScopeMeter je jistým příznakem toho, že nejméně jedna periferní součást v tomto logickém obvodu nepracuje správně. Osciloskop byl spuštěn na záporně směřujících pulzech s trváním kratším, než je časový pulz 500 ns.

 

Udržení číslicově řízeného strojního výrobního zařízení v provozu

Rotační modulátory před­stavují základní prvek téměř veškerého číslicově řízených průmyslových strojů a poten­ciální zdroj problémů. Modulátory jsou obvykle magnetické nebo optické. Jedná se například o dvě sady clon umístěných pravoúhle na rotujícím bubnu. Vzdálenost mezi generovanými pulzy je přímo úměrná otáčkám. U někte­rých systémů se rotační pohyb převádí na lineární. Modulátor pak zajišťuje velmi přesné vyjá­dření lineárního posunu. Takové systémy se nalézají například u přesného brousicího stroje pro broušení křemíkových destiček na tloušťku s přesností v řádu mikronu. Pulzy z rotačního modulátoru se vysílají do polo­hovací jednotky, což je prakticky čítač pulzů, který odpočítává k nastavenému bodu definovanému například mik­rokontrolérem nebo PLC. Ten kontroluje posun pohyblivých součástí stroje a vrací je do nulové polohy při každém dosa­žení nastavené hodnoty.

Potíž nastává v případě, že nečistota, která pronikla do systému, způsobí špatný mag­netický kontakt nebo, v případě optického modulátoru, zablokuje jednu nebo více clon v rotujícím bubnu. Takto vzniklé chybějící pulzy vedou k přenosu chyb­ných dat do PLC, což může mít katastrofální následky. V přístroji na broušení destiček například chybějící pulzy způsobí, že se brousicí nástroj bude pohybovat za svoji maximální mezní polohu a destičky budou příliš tenké.

Detekce chyb modulátoru je při použití funkce spouštění šíří pulzu přístroje ScopeMe­ter relativně snadná. Chybějící záporný pulz lze interpretovat jako abnormálně dlouhý kladný pulz, stačí tedy nastavit kvalifi­kátor času na jednom kanálu na spouštění na kladných pulzech s trváním delším, než je oče­kávaný interval pulzu. V tomto případě je nutné pro okamžité odhalení všech chyb modulátoru, u kterých je pravděpodobné, že by způsobily chybnou funkci vybavení, sledovat pouze signály na datové sběrnici mezi modu­látorem a polohovací jednotkou (Obrázek 5 a 6).

Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190 obr5-4.jpg

Obrázek 5. Výstupní pulzy z tohoto rotačního modulátoru zobrazují, že signál nemá konzistentní obdélníkový průběh, což znamená, že některé pulzy mají nesprávnou šíři. Přesné trvání ale nelze určit v důsledku překrytí křivky. Pro zachycení anomálie signálu během delšího časového období byl použit režim Digital Persistence (Digitální dosvit).

Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190 obr6-4.jpg

Obrázek 6. Volbou šíře pulzu a spouštěním na pulzech s delším trváním (širších), než je trvání normálního pulzu modulátoru, signál demonstruje, že je občas přehlédnut „slot“ modulátoru, což vede k nesprávné informaci o poloze.

 

Chyby sériového přenosu dat

Chyby v sériovém přenosu dat mezi mikrokontrolérem a jeho periferním zařízením se někdy těžko odha­lují, protože mohou být důsledkem vadné součásti, generování chyb­ných dat mikrokontrolérem nebo i chyb přímo na sériové datové sběrnici. Datové toky přenášené sběrnicí se prakticky skládají z řady digitálních instrukcí a z adres periferního zařízení, kterých se tyto instrukce týkají. Chyba v instruk­cích nebo adrese, například nesprávné logické úrovně nebo délky pulzu, tedy vedou k tomu, že periferní zařízení reaguje nesprávně nebo nereaguje vůbec.

Pomocí kvalifikátoru času přístroje ScopeMeter „rovno“,

tj. t = xxx u modulace šíří pulzu, a znalosti časování a komunikač­ního protokolu mikrokontroléru a periferních zařízení (z publi­kovaných technických údajů) lze přístroj ScopeMeter nastavit na spouštění na vedoucím pulzu datového toku (Obrázek 7).

 Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190 obr7-3.jpg

Obrázek 7. Použití spouštění šíří pulzu u přístroje ScopeMeter 190C pro analýzu kvality signálu na komunikačním spojení RS-232. Osciloskop byl nastaven na spouštění na prostoru signálu před datovými slovy. Pomocí kurzorů lze snadno určit komunikační rychlost: přenos 8 bitů trval 203 ms, což se rovná 25,4 ms/bit. To se rovná komunikační rychlosti 39,4 kb/s.

I když není třeba pochybovat o tom, že by analyzátor sério­vých dat odvedl tuto práci snáze, nejsou takto specializované přístroje běžně k dispozici mimo prostředí vývojových laboratoří. Tento příklad proto představuje další ilustraci vše­strannosti přístroje ScopeMeter řady 190 a vysvětluje, proč se z něj rychle stává nepostrada­telný nástroj pro dnešní terénní servisní techniky. Další informace můžete získat od oficiálního distributora Fluke pro ČR a SR, společnosti Blue Panther s.r.o. www.blue-panther.cz

 

Autor: Ing. Jaroslav Smetana

Publikováno: časopis ElektroPrůmysl ročník: 2016 číslo: 8

Elektronická verze: Spouštění šíří pulzu u měřicího přístroje Fluke ScopeMeter® řady 190

 

 

Kontaktuje nás

Ing. Jaroslav Smetana
Telefon: +420 241 762 724

Ing. Tomáš Kmoch
Telefon: +420 603 437 182

Petr Nedorost
Telefon: +420 739 475 699

David Vaňáč
Telefon: +420 736 670 164 - pracoviště Hradec Králové

 
live chat service provider