42 © Carl Hanser Verlag, München MECHATRONIK F&M 6 | 2007

JOHANN MATHÄ

■ Bei der Fehlersuche in einfachen Syste-men leistet ein Digitales Speicheroszillos–kop (DSO) mit vier Analogkanälen guteDienste, weil in modernen Geräten zu-sätzlich Busanalysatoren integriert sind.Für komplexe Systeme mit vielen I/O-Ports, AD/DA-Wandlern, Interrupt-Ein-gängen und breiten Datenbussen sind da-gegen die sogenannten Mixed-Signal-Os-zilloskope (MSOs) das wichtigste Analy-sewerkzeug.

Geschwindigkeit unabhängig

von der Zahl der Kanäle

Der Markt bietet verschiedene Konzepte,beispielsweise die Kombination von Lo-gikanalysator und Digitalem Speicheros-zilloskop (DSO) oder ein klassisches DSO,das mit einer externen Box zur Logikana-

lyse erweitert wird. Beides sind Kompro-misse, die nicht verbergen können, dass sieaus der Logikanalyse oder Oszilloskopieentstanden sind.

Bei dem in diesem Jahr von Yokogawavorgestellten Mixed-Signal-Oszilloskop(MSO) ›DL9710‹ ist die Logikanalyse vonbis zu 32 Kanälen integraler Bestandteilder Oszilloskop-Funktion. Analoge undlogische Signale lassen sich einfach, aberzeitlich exakt korrelieren und analysieren.

Die Stärke dieser integralen Lösung istdie Signal-Verarbeitungsgeschwindigkeit,denn sie ist weitgehend unabhängig vonder Zahl der benutzten Logik- oder Ana-logkanäle. Diese Leistungsfähigkeit istnotwendig, weil bei mechatronischen Sys-temen oft weitere Analysepakete zuge-schaltet werden müssen, um bestimmteKomponenten gleichzeitig zu verifizierenoder zu optimieren. Zum Beispiel beimPrüfen der Verlustleistung bei schnellen

Schaltvorgängen, bei der D/A-Analysebeim Testen von AD/DA-Wandlern oderbei der Busanalyse mit der sich Kommu-nikationsfehler finden lassen.

Die History

lässt nichts durchgehen

Die Speicherfunktion ist immer dannwichtig, wenn sich Ereignisse nicht unmit-telbar, sondern zeitverzögert auswirkenoder auswirken sollen. Das gilt besondersin der Mechatronik. Deshalb bietet das›DL9710L‹ von Yokogawa für jeden der32 Logik- und vier Analogkanäle eine Spei-chertiefe von 6,25 MWorten. Eine zusätz-liche History-Funktion speichert bis zu

Logikanalyse mit dem Mixed-Signal-Oszilloskop. Mechatronische Systeme erfas-

sen, steuern und regeln immer mehr unterschiedliche Signale. Folglich warten Steu-

erkerne, wie Mikrocontroller (MCU), ebenfalls mit mehr Funktionalität auf. Von der

8-bit-MCU geht deshalb der Trend zur 32-bit-MCU. Dementsprechend wird die Logik-

analyse bei der Fehlersuche und der Verifikation mechatronischer Systeme immer

wichtiger. [ ME101621 ]

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Klare Sicht auf 32 Logikkanäle

Wenn mechatronische Systeme im-mer komplexer werden, muss dieMess- und Prüftechnik Schritt haltenkönnen. Mit dem neuen Mixed-Sig-nal-Oszilloskop DL91710(L) von Yoko-gawa kann der Anwender 32 Logik-kanäle und analoge sowie logischeSignale gleichzeitig analysieren. Timing-, Bus- und State-Darstellungunterstützen die Fehlersuche. Mit denFunktionen Zoom und Curser lassensich zwei unterschiedliche Bussyste-me gleichzeitig, zum Beispiel in Em-bedded-Systemen, visuell und inEchtzeit untersuchen. Eine spezielleMathematikfunktion überprüft die Er-gebnisse der AD/DA-Wandlung. Dain fast allen mechatronischen Syste-men Antriebe dazugehören, darfauch das optionale Mathematikpaketfür die Leistungsanalyse nicht fehlen.

FAZIT

Plus Leistungsanalyse

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2000 Bildschirmseiten, um zurückliegen-de Ereignisse untersuchen zu können. DerHistory-Speicher lässt sich nach dem Auf-zeichnen mit der Player-Funktion abspie-len. Dabei kann sich der Anwender dieKurven in Ruhe ansehen. Mit Suchfunk-tionen lässt sich der History-Speicher nachbestimmten Parametern oder Signalformendurchsuchen. Die Bildschirmseiten kannman auch übereinander legen (Superim-posing), um Unregelmäßigkeiten in einemGesamtsignal zu untersuchen.

Analoge und logische Signale

gleichzeitig untersuchen

Mechatronische Anwendungen erzeugenoder verarbeiten verschiedene Analogsig-nale: schnelle Signale wie modulierte Sig-nale für Beleuchtung, Displays oder Mo-

toransteuerungen sowie langsamere Sig-nale von Sensoren oder Bedienelementen.Diese Analogsignale untersucht man in ex-akter zeitlicher Relation zu den logischenSignalen. Bei den analogen Signalen ist eswichtig, die Messwerte und Kurvenform-parameter in Bezug auf die Cursor-Stel-lung gleichzeitig darzustellen. Beispiels-weise Spitzenwert, Pulsbreite, Frequenzoder Anstiegszeiten. Die Werte stehen di-

rekt mit logischen Signalgruppen in exak-ter zeitlicher Relation (Bild 1). Die einfa-che Definition von sinnvollen Logikgrup-pen sowie deren Änderung ist deshalb einwertvolles Hilfsmittel bei der Fehlerana-lyse. Beim DL9710L lassen sich die zu un-tersuchenden Logiksignale frei in bis zufünf Gruppen mit einem Editor festlegen(Mapping). Für jede Gruppe kann manfestlegen, mit welcher Analyseart (State,Timing, HEX, binär) die Werte angezeigtwerden sollen (Bild 2).

Bild 3 zeigt schematisch die Logikana-lyse mit einem MSO. Die Daten der Lo-giksignale durchlaufen den Speicher desDL9710L. Sie können online untersuchtwerden, beispielsweise mit einer Such-funktion für bestimmte Bitmuster, Takt-flanken oder logische Bedingungen. Ana-log dazu lässt sich ein Triggerszenario ein-stellen. Der Triggerpunkt ist in diesem Bei-spiel mittig eingestellt, das heißt, die Hälftedes Speichers enthält die Daten vor demTriggerereignis, die andere Hälfte die Da-ten nach dem Triggerereignis. Als Trig-gersignal ist hier ein rein logisches Szena-rio dargestellt, es könnte aber auch eineMischung aus analogen und logischen Sig-nalen sein. Ist der Triggermodus so einge-stellt, dass er die Analyse stoppt, oderstoppt der Anwender manuell, kann er dasaufgezeichnete Signal offline im History-Speicher mit weiteren Suchfunktionenüberprüfen.

Verschiedene

Darstellungsformen helfen

Je nach Testschritt lassen sich beim DL-9710L die Logiksignale unterschiedlich dar-stellen. Da bei der Logikanalyse am Anfanghäufig zeitliche Verifikationen im Vorder-grund stehen, beispielsweise beim Un-

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2 Festlegen des Mappings für 32 Logikkanäle1 Analoge Signale, gleichzeitig dargestellt mit einer 8-bit-Logikgruppe

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KONTAKT

3 Schema einer Logikanalyse mit einem MSO

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tersuchen von Laufzeitverzögerungen,Pulsbreiten oder Setup-and-Hold-Zeitenvon Logikbaugruppen, ist die sogenannteTiming-Darstellung voreingestellt (Bild 4).Das MSO zeigt die logischen Zustände(high/low) bezogen auf die Abtastung.

Im Anschluss an die diskreten Pegel-und Timing-Messungen stehen meist diekodierten Informationen auf den Logik-kanälen im Vordergrund. Zu diesemZweck schaltet sich beim DL9710L un-abhängig für jede Signalgruppe die Bus-Darstellung ein, mit der sich die Informa-tionen binär oder hexadezimal anzeigenlassen (Bild 5). Eine weitere gruppenspezi-fische Darstellungsweise ist die State-Dar-stellung. Mit ihr lassen sich logische Sig-nale auf ein ausgewähltes Taktsignal syn-chronisieren. Fixiert wird dabei, wann einZustand des Eingangssignals mit dem Takt

übernommen wird: mit einer ansteigendenFlanke, mit einer abfallenden Flanke odermit jedem Wechsel (Bild 6).

Die unabhängigen Darstellungsformenvon Logikgruppen sind ein wichtigesMerkmal des DL9710L, denn nicht alleSignale stellen kodierte Informationen dar,oftmals sind es einfache Interrupt-Signaleoder andere Steuersignale für Baugruppen.

Zweikanalige Busse

in Echtzeit analysieren

Mechatronik-Komponenten kommunizie-ren meist über serielle Standard-Bussys-teme. Auf Embedded Boards sind das meistdie Busse SPI oder I2C und zu den exter-nen Komponenten hin CAN oder LIN. Ummehrere Busse visuell zu analysieren, gibtes beim DL9710L zwei Funktionen: Zoom

und Cursor. Zwei Zoom-Fenster lassensich bei Bedarf einzeln zusätzlich öffnen.Zwei unterschiedliche Bussysteme kannman so gleichzeitig in Echtzeit untersuchen,also beispielsweise den zur Vernetzung be-nutzten CAN-Bus und den I2C-Bus. Rah-mensignale stellt das Mixed-Signal-Oszil-loskop direkt interpretiert zum Kurvenzugdar. Dazu lässt sich auch eine Listendar-stellung einschalten, die einzelne Rahmen-teile in logischer Form aufzeigt. Springtman mit dem Cursor auf bestimmte, defi-nierbare Felder oder Rahmen, überprüftdas Gerät diese Signalbereiche.

A/D-Wandler testen

Die Anzahl der A/D-Wandler in mecha-tronischen Systemen steigt, da bei zuneh-mender Funktionsvielfalt immer mehr in-

MECHATRONIK-ENGINEERING | Oszilloskope

4 Kurvenzüge von 32 Logikkanälen 5 Vier Analogsignale sowie 32 Logikkanäle, zusammengefasst in

vier Gruppen und dargestellt im HEX-Format

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tegrierte Sensoren Analogwerte für Tem-peratur, Feuchte, Strahlung, Drehzahl oderDruck liefern. Eine gesonderte Mathema-tikfunktion beschleunigt die Verifikation.Zum schnellen Test von A/D-Wandlernrechnet das DL9710L einen digital vor-liegenden Wert in den entsprechendenAnalogwert um. Dadurch lassen sich bei-de Seiten des A/D-Wandlers gleichzeitigüberprüfen. Der Test besteht aus dem ein-

fachen Vergleich der Kurvenform des an-liegenden Analogsignals mit der seinesrückgerechneten Digitalsignals. Jeder Feh-ler ist damit direkt sichtbar.

Eine weitere wichtige Mechatronik-Komponente sind geregelte Antriebe. Ih-re Steuerung und Effizienz sind daherwichtiger Bestandteil der Entwicklung.Deshalb bietet der DL9710L ein optiona-les Mathematikpaket für die Leistungs-

analyse. Schaltverluste, Oberschwingun-gen, Leistungsfaktor, Impedanz, Watt-stunden und Amperestunden lassen sichso einfach bestimmen (Bild 7). ■

Autor

Dipl.-Ing. (FH) JOHANN MATHÄ(Mathae@yokogawa-mt.de) ist MarketingManager bei Yokogawa in Herrsching.

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Oszilloskope | MECHATRONIK-ENGINEERING

7 Der Mathematikkanal zeigt die Verlustleistung, berechnet aus

Strom- und Spannungssignal

6 Beispiel einer State-Darstellung:

Der Zustand eines hochfrequenten repetierenden Rechtecksignals

wird mit der ansteigenden Taktflanke übernommen

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