Cinq questions à se poser sur le déclenchement sur zone des oscilloscopes

Le 22/11/2016 à 14:00

L'oscilloscope numérique est l'instrument de mesure indispensable pour tous dépannages ou identifications de problèmes, grâce à une très grande panoplie de fonctionnalités (visualisa-tion,analyse,débogage).Parmicelles-ci, les modes de déclenchement sont les

principales fonctions grâce auxquelles les ingénieurs peuvent isoler des événements spécifiques. Les oscilloscopes sont notamment dotés de capacités de déclenchement matérielles standard sur des événements tels que des fronts, des largeurs d'impulsion, des trames et bien d'autres paramètres. Ces modes de déclenchement traditionnels sont idéaux pour l'isolation d'événements rares, mais ils ne sont toutefois plus suffisants de nos jours.

Figure 1.-Principe d'un déclenchement sur zone

Le déclenchement sur zone complète les modes de déclenchement traditionnels reposant sur du matériel, en permettant aux utilisateurs de dessiner une ou plusieurs zones (ici, quatre zones pour isoler la trame 0, 1, 0, 1) que le signal doit ou ne doit pas traverser.

L'oscilloscope affiche alors seulement les acquisitions qui remplissent les conditions de zone et écarte les autres.

Il peut arriver qu'un utilisateur soit capable de visualiser une anomalie, mais que les options de déclenchement à sa disposition ne soient pas à même d'isoler cet événement. Le mode de déclenchement graphique, également appelé déclenchement sur zone, est une

technologie complémentaire aux traditionnels modes de déclenchement basés sur du matériel, en offrant une flexibilité supplémentaire. Pour tirer pleinement profit des déclenchements sur zone proposés par les différents fabricants d'oscilloscopes, les ingénieurs doivent se poser les cinq principales questions.

Tout d'abord, comprendre la technologie de déclenchement sur zone permet aux utilisateurs de déterminer quand son utilisation est pertinente et quand cela ne constitue pas une solution appropriée.Comment fonctionne alors un déclenchement sur zone? C'est on ne peut plus simple: l'utilisateur trace une ou plusieurs zones sur l'écran de l'oscilloscope, chaque zone pouvant être configurée selon les conditions «Doit traverser» ou «Ne doit pas traverser» ( voir figure 1 ). À chaque nouvelle acquisition, l'oscilloscope explore les échantillons enregistrés. Si l'acquisition correspond aux conditions de zone définies par l'utilisateur, l'oscilloscope affiche les données ; s'il n'y a pas de correspondance, il les écarte.Ainsi, seules les acquisitions répondant aux conditions de zone spé-cifiées par l'utilisateur sont affichées à l'écran de l'oscilloscope.Ledéclenche-ment sur zone est habituellement mis en œuvre après avoir déjà réalisé une acquisition à partir d'un déclenchement traditionnel, tel qu'un déclenchement sur front. Ce qui permet de réduire le spectre d'événements potentiels et d'utiliser le déclenchement sur zone pour identifier des événements spécifiques.

Pourquoi utiliser un déclenchement sur zone ?

La deuxième question porte sur les raisons d'utiliser un déclenchement sur zone. Comme ce dernier permet à l'utilisateur de spécifier graphiquement les conditions de déclenchement, il est fréquemment plus simple à réaliser que le paramétrage des modes de déclenchement traditionnels pour obtenir le même résultat. Le plus souvent, le déclenchement sur zone fournit une aide précieuse aux ingénieurs en isolant des événements particuliers qui ne pourraient pas être capturés par les modes de déclenchement traditionnels.

L'oscilloscope numérique est l'instrument de mesure indispensable pour tous dépannages ou identifications de problèmes, grâce àune très grande panoplie de fonctionnalités. Parmi celles-ci, les modes de déclenchement sont les principales fonctions grâce auxquelles les ingénieurs peuvent isoler des événements spécifiques. Et les déclenchements sur zone gagnent en popularité.

On peut citer plusieurs exemples. Les cycles de lecture/écriture d'une mé-moireDDR ( Double Data Rate )présentent des formes d'onde dont l'amplitude varie légèrement. Identifier les cycles d'écriture etdelecture serévèle donc impossible avec un déclenchement traditionnel, mais cela devient une opéra-tion très simple avec le déclenchement sur zone.Ilsuffit àl'utilisateur de tracer un petit carré sur la partie de la forme d'onde qui varie entre lecycle de lec-tureetlecycle d'écriture, et il n'a plus qu'à indiquer «Doit traverser»ou«Ne doit pas traverser»dans la zone concernée afin que l'oscilloscope n'affiche que les cycles souhaités.

Le déclenchement sur zone peut également êtremis en œuvrepour visualiser des acquisitions qui présentent des fronts qui ne sont pas monotones.Ce mode de déclenchement peut, dans ce cas de figure, êtreutilisé pour identifier une trame séquentielle de 0etde1,en dessinant une zone pour chaque période d'horloge.Les utilisateurs peuvent aussi avoir recours au déclenchement sur zone pour isoler graphiquement des paquets de données véhiculés par un bussérie.L'utilisateur peut par exemple dessiner une zone là où le protocole USB transmet des paquets de données afin d'afficher uniquement ceux-ci.

Autre question que les utilisateurs doivent se poser, quelles sources peuvent êtreutilisées avec le déclenchement sur zone? Les modes de déclenchement matériels traditionnels fonctionnent exclusivement sur les voies analogiques ou numériques (quand des voies logiques sont disponibles) de l'oscilloscope. Comme le déclenchement sur zone repose sur un algorithme exécuté après l'acquisition, cette technologie peut recourir àune plus large gamme de sources.Derécentes évolutions dans ce domaine autorisent d'ailleurs l'ingénieur àutiliser une fonction mathématique en tant que source ( voir figure 2 ), la spécification d'une zone s'appuyant alors sur une équation ma-thématique ou un traitement par transformation de Fourier rapide (FFT).

Cette évolution offre des capacités qui étaient jusque-là impossibles à réaliser avec des circuits de déclenchement matériel ou même la génération précédente de la technologie de déclenchement sur zone. Dans le domaine fréquentiel, un utilisateur peut par exemple exploiter le déclenchement sur zone pour isoler tous les événements, lorsque la puissance d'un pic latéral du spectre dépasse un niveau déterminé. Ou encore, dans le domaine temporel cette fois, lorsque des sondes de courant et de tension sont connectées à l'oscilloscope, il est possible de ne visualiser les événements qu'en cas de dépassement d'un seuil de puissance prédéfini, produit de la tension et du courant mesurés par les sondes. L'intégration de traitements mathématiques en tant que source de déclenchement rend ainsi ce mode de déclenchement réellement performant dans certaines applications ( voir figure 3 ).

Des limitations, quand même

Malgré leurs avantages parfois indéniables, la majorité des innovations technologiques peuvent présenter des inconvénients. Le déclenchement sur zone n'échappe pas à la règle. Il s'agit, rappelons-le, d'une technique de post-traitement, ce qui a une double conséquence gênante. Un posttraitement supplémentaire peut ralentir d'une part le taux de rafraîchissement de l'affichage de l'oscilloscope. Il n'est pas rare que le déclenchement sur zone le réduise d'un facteur 100. L'utilisateur a alors le sentiment d'un contrôle plus lent de l'oscilloscope.

Figure 2.-Association d'un déclenchement sur zone avec une fonction mathématique

Les récentes innovations autorisent l'utilisation des déclenchements sur zone avec des fonctions mathématiques, en complément des voies de l'oscilloscope. Ici, deux sondes unipolaires passives sont connectées à des signaux USB D-et D+ (en haut de l'écran). Le déclenchement sur zone a été configuré pour opérer sur une fonction mathématique qui exploite les deux signaux unipolaires pour afficher le signal différentiel résultant (en bas de l'écran).

Le recours à des traitements complémentaires conduit d'autre part – et c'est encore plus important – à une augmentation du temps mort entre deux acquisitions.Le déclenchement sur zone n'est donc réellement efficace que sur les signaux répétitifs. Signalons que le temps de traitement nécessaire pour exécuter un déclenchement sur zone varie selon la gamme d'oscilloscopes et qu'il dépend fortement de la profondeur mémoire exploitée, ainsi que du type et du nombre de sources de zone. En d'autres termes, les modes de déclenchement matériels traditionnels restent les seuls capables de capturer des événements furtifs ou non répétitifs.

Enfin, comment évaluer les solutions proposées par les différents fabricants présents sur le marché? Que ce soit pour acquérir un oscilloscope doté du mode de déclenchement sur zone ou pour ajouter cette fonction à un modèle existant, les utilisateurs doivent prêter attention à plusieurs points particuliers. Le déclenchement sur zone est en général disponible sur des oscilloscopes avec une bande passante de plusieurs centaines de mégahertz et plus, ainsi qu'avec des capacités de traitement suffisantes. Il ne faut pas hésiter à demander aux fabricants quels sont leurs modèles supportant ce mode de déclenchement. Lorsque cette option est disponible, elle peut être activée, pour évaluation, sur la plupart des appareils de démonstration. Lorsque le déclenchement sur zone est intégré dans un oscilloscope existant, les fabricants proposent souvent une licence d'essai.

La principale différence entre les constructeurs se situe au niveau des sources sur lesquelles fonctionne le déclenchement sur zone. Si tous les oscilloscopes permettent de spécifier une voie analogique comme source, seule une plus petite partie des modèles permet l'application de fonctions mathématiques aux zones de déclenchement. Ces fonctions mathématiques sont couramment utilisées pour l'analyse de puissance et les signaux différentiels. Les déclenchements sur zone s'appuyant sur des sources mathématiques sont d'autant plus précieux que les déclenchements traditionnels ne peuvent traiter des fonctions mathématiques. Un autre avantage comparé aux déclenchements matériels est la possibilité de travailler sur des signaux dans le domaine fréquentiel, en plus du domaine temporel. D'où la question sur le support des traitements FFT par le mode de déclenchement sur zone.

Des formes arbitraires pour les zones

Il existe d'autres différences entre les oscilloscopes disponibles sur le marché, telles que le temps de traitement alloué au déclenchement sur zone. Comme il est possible de mesurer le taux de rafraîchissement d'affichage pour une configuration de déclenchement sur zone donnée, on constate un ralentissement du taux de rafraîchissement pour tous les oscilloscopes. Les déclenchements sur zone peuvent donc manquer des événements peu fréquents. Rappelons que les modes de déclenchements matériels sont les seules méthodes garantissant qu'aucun événement n'échappera à l'oscilloscope. C'est d'ailleurs pour cette raison que l'impact sur le taux de rafraîchissement ne peut être un élément de comparaison significatif, sauf si les contrôles sont vraiment ralentis ou que l'affichage est significativement perturbé par un faible taux de rafraîchissement. D'autres caractéristiques diffèrent d'un oscilloscope à l'autre. Certains fabricants vont permettre à l'utilisateur de dessiner uniquement des zones en forme de rectangle par exemple, alors que, pour d'autres, il est possible de tracer des zones de forme arbitraire. Bien que les zones en forme de rectangle conviennent à de nombreuses applications, créer une forme arbitraire va permettre d'isoler des événements qui réclament davantage de précision. Est-il alors aisé de modifier la taille, la forme, la source et le type de la zone? Les utilisateurs ont en effet tendance à ajouter et/ou supprimer des zones plus fréquemment que ce qu'ils pensaient initialement.

En conclusion, le déclenchement sur zone est bel et bien un excellent outil complétant la mise en œuvre préalable des modes de déclenchement traditionnels d'un oscilloscope, en particulier pour les signaux répétitifs. Et cette solution gagne en popularité. Pour les utilisateurs qui ne se sont pas encore convertis au déclenchement sur zone, la technologie continue d'évoluer, avec par exemple la possibilité d'appliquer des conditions de zone reposant sur des fonctions mathématiques et des traitements FFT, et elle peut contribuer à isoler des événements pour lesquels les déclenchements matériels traditionnels affichent des limites.

Figure 3.-Déclenchement sur zone dans le domaine fréquentiel

Dans cet exemple, l'utilisateur a paramétré, sur un oscilloscope numérique RTO2000, un déclenchement sur zone dans le domaine fréquentiel. L'oscilloscope capture et affiche alors uniquement les acquisitions pour lesquelles la puissance des pics latéraux du spectre dépasse un certain niveau.