Teste de aprovação / reprovação usando os recursos de processamento de sinal de um osciloscópio -

Teste de aprovação / reprovação usando os recursos de processamento de sinal de um osciloscópio –

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O teste de aprovação / reprovação é uma função de análise de um osciloscópio que mostra se as formas de onda atendem a um conjunto de critérios definidos. Os critérios são definidos por uma série de uma ou mais condições qualificadas que julgam se a forma de onda passa ou falha em atender aos critérios.

Existem duas categorias amplas de situações qualificadas mascaram o teste ou a comparação de parâmetros. O teste de máscara compara os valores amostrados de uma forma de onda adquirida com um modelo ou máscara predefinida para ver se a amostra de forma de onda cai dentro ou fora da máscara. A comparação de parâmetros oferece duas alternativas: uma compara uma medição, com base na forma de onda que está sendo testada, a um valor predefinido (comparação de parâmetros) ou a outro parâmetro de medição (comparação de parâmetros duplos). Várias condições de qualificação (denominadas Qn), cada uma usando um dos métodos, que são ativadas selecionando-as na caixa de diálogo de aprovação / reprovação e definindo quais resultados constituem condições de aprovação ou reprovação e, em seguida, quais ações podem ser executadas. figura 1 é um exemplo de um teste simples de máscara. Esse tipo de teste está disponível na maioria dos osciloscópios de médio a alto nível.

figura 1 Um teste simples de máscara definido para interromper a aquisição quando qualquer amostra cair fora da máscara. O marcador de exceção vermelho indica a amostra fora da máscara. Um resumo do teste mostra o número de testes concluídos e o número passado, bem como a taxa de falhas.

Para este teste, o qualificador Q1 é definido como um teste de máscara da forma de onda C3. O número de qualificadores varia de acordo com o modelo do osciloscópio. Este osciloscópio possui doze qualificadores de teste. O teste da máscara pode ser feito, como neste caso, usando uma máscara baseada na forma de onda ou usando uma máscara padrão do setor. Os testes de conformidade do setor geralmente fornecem máscaras de teste com o software de teste. O teste da máscara pode ser fechado para limitar o teste a apenas uma parte do traço.

Os qualificadores de aprovação / reprovação podem ser combinados de várias maneiras para determinar se o teste foi aprovado ou reprovado. Combinações lógicas de subgrupos também são suportadas, oferecendo uma grande flexibilidade nos testes.

O teste de aprovação / reprovação permite que designers e técnicos testem dispositivos com base nas formas de onda que produzem. O teste também pode ser aplicado a funções matematicamente derivadas, como a Fast Fourier Transform (FFT), trilhas de parâmetros ou o envelope do sinal.

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Considere testar o pulso do radar. Mostrado em Figura 2. Este é um sinal de radar chirp com uma portadora de 1 GHz.

Figura 2 O teste com base nos valores dos parâmetros de medição pode ser restrito à parte ativa de uma forma de onda transitória usando gating. Neste exemplo, as portas de medição indicadas pelas linhas verticais tracejadas contêm a região medida da forma de onda.

Formas de onda transitórias moduladas, como esse pulso de radar, são difíceis de medir porque consistem em elementos ativos e tempo morto inativo. As medições precisam ser feitas apenas enquanto a forma de onda estiver em um estado ativo. Os osciloscópios suportam medições de formas de onda transitórias usando gating. O usuário coloca os cursores das portas de medição sobre as partes dinâmicas das formas de onda e as medidas são restritas à área entre os cursores. Neste exemplo, a frequência está sendo medida entre marcadores de porta mostrados como linhas verticais tracejadas em ambos os lados do pulso.

A frequência do pulso tem uma frequência média de 1.000013 GHz, mas os valores mínimo e máximo abrangem uma faixa de 985,3 MHz a 1013,5 MHz, como seria esperado para um chirp modulado em frequência. O controle de medição foi usado para restringir a medição aos limites do pulso, ignorando o sinal de linha de base com ruído, onde a amplitude do pulso é zero. Um segundo parâmetro de medição, a amplitude pico a pico do pulso, também é medido. O teste de aprovação / reprovação pode ser ativado para testar o estado desses parâmetros. A forma de onda é, no entanto, muito complexa e existem outras medidas que podem ser consideradas. Pense em um teste para garantir que o sinal fosse simétrico, no sentido de que o tempo de subida e a queda do envelope de pulso eram idênticos. Os parâmetros básicos de medição não funcionariam porque não existem parâmetros de leitura direta para medir essa característica.

É possível extrair o envelope do sinal amplificando a desmodulação do pulso. Os parâmetros podem então ser aplicados ao envelope desmodulado como em Figura 3. Esta é uma visualização do sinal no domínio da modulação.

Figura 3 Determinação do tempo de aumento e queda de 20-80% do envelope de amplitude de pulso do radar usando a função desmodulada e testando se estão a 1 ns um do outro.

O envelope de amplitude do pulso do radar é extraído usando a função matemática desmodulada no traço matemático F3 exibido na grade inferior. Os parâmetros de tempo de subida e de queda de 20% a 80% são aplicados ao envelope e as medidas exibidas como parâmetros P5 e P6. O teste de aprovação / reprovação foi configurado, na condição de teste Q3, com base na comparação desses dois parâmetros. O critério de teste é que o tempo de subida de 20% a 80% e o tempo de queda sejam iguais a um delta de 1 ns. A comparação de parâmetros é uma condição de teste relativamente nova que não se baseia no valor absoluto dos parâmetros, mas em seus valores relativos, isto é, mais que, menos que, iguais, iguais dentro de uma tolerância.

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Para este teste, apenas um dos doze qualificadores de teste disponíveis, Q1 a Q12, está sendo usado, mas outros testes podem ser configurados nos quais todos os doze e usados ​​para determinar a aprovação do estado de falha do teste.

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Testes que podem ser estruturados com base em outras informações do domínio de modulação. O chirp é uma modulação linear de frequência do portador do radar. O rastreamento da variação da varredura de frequência pode ser realizado desmodulando novamente o pulso, desta vez usando a desmodulação de frequência. O resultado dessa análise é mostrado em Figura 4. A grade inferior contém a forma de onda desmodulada em frequência. A frequência muda linearmente em uma faixa de 985,3 MHz a 1013,5 MHz, como foi medido anteriormente. A função de desmodulação é válida apenas na região onde o pulso é diferente de zero. Uma máscara (a sobreposição azul) foi criada sobre a parte linear da varredura que é controlada pelo uso de gates novamente, desta vez aplicado ao teste da máscara. O alcance vertical da máscara é de 50 kHz em cada ponto do rastreamento. O incremento de tempo equivalente é de 100 ns sobre cada ponto de amostra. O teste para garantir que todos os pontos estejam dentro da máscara garante que a varredura de frequência seja linear.


Figura 4 Usando a desmodulação de frequência para testar a linearidade do chirp do radar, criando uma máscara sobre a forma de onda desmodulada. Outra maneira de examinar a forma de onda é observá-la no domínio da frequência por meio da FFT do osciloscópio. Isso mostrará a forma de onda em função da frequência, como visto em Figura 5.O FFT do sinal de radar chirp é mostrado na grade inferior direita da figura. Ele mostra o espectro do sinal centralizado em 1 GHz. A forma espectral é característica de um sinal modulado em ângulo, neste caso modulação de frequência. Observe que, devido à natureza transitória do pulso do radar, a função de ponderação da FFT usa ponderação retangular. A parte superior larga e plana indica a variação na frequência. A resposta da FFT pode ser testada usando o teste de máscara, como foi feito com as visualizações do domínio de modulação do sinal do radar. Os portões são usados ​​para incluir apenas as frequências que contêm níveis significativos de potência. A máscara é mostrada como uma sobreposição cinza. Todos esses testes podem ser combinados para que o teste final consista nas seguintes condições de qualificação:

  1. O rastreamento da FFT está dentro da máscara sobreposta.
  2. O sinal desmodulado em frequência possui uma varredura linear de frequência totalmente contida na máscara associada.
  3. Os tempos de aumento e queda de 20% a 80% do envelope de modulação são iguais a um nanossegundo.
  4. A amplitude pico a pico do pulso é igual a 147 mV ± 10 mV.
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A exibição resumida dos testes na parte inferior da figura indica que todos os testes foram aprovados para esta aquisição. Este teste foi realizado em um osciloscópio da classe Teledyne LeCroy WaveMaster. Outros osciloscópios terão capacidades diferentes. Os usuários devem consultar o fornecedor do osciloscópio para determinar a capacidade de teste de modelos específicos.


Figura 5 A adição da visualização espectral usando a FFT completa os elementos do teste usando os domínios de tempo, modulação e frequência: Quatro testes individuais foram combinados usando uma combinação lógica dos quatro resultados do teste. A exibição resumida mostra que todos os elementos de teste foram aprovados.

O teste de aprovação / reprovação usando as funções de processamento de sinal do osciloscópio fornece uma gama muito flexível de testes, mesmo para os sinais mais complexos. Nos dados de exemplo do tempo, o domínio de frequência e modulação está sendo usado.

O teste de aprovação / reprovação é útil para testar uma pequena execução de dispositivos durante o desenvolvimento, mas também pode ser usado no ambiente de teste automatizado (ATE) durante a produção. O teste ATE no osciloscópio geralmente é mais rápido, pois apenas os resultados do teste precisam ser transferidos, em vez de trazer todos os sinais para um controlador de teste e processar os dados offline.

Arthur Pini é especialista em suporte técnico e engenheiro elétrico, com mais de 50 anos de experiência em testes e medições eletrônicas.

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