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).

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).

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. 

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).

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).

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).

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).

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