Di Stuart Coding, per Mouser Electronics
Lo sviluppo dei sistemi EMBEDDED offre ai progettisti molte opportunità e almeno il doppio delle sfide! E queste ultime sono le più diverse e variegate. Attraverso la combinazione unica di elettronica, software e sistemi, vi potreste trovare ad addentrarvi nel dominio analogico, a dover risolvere problemi di temporizzazione digitale, a esaminare problemi complessi con gli anelli di controllo o a valutare la qualità delle letture dei sensori. I fabbricanti di apparecchiature di test hanno riconosciuto da tempo queste sfide, rispondendo con caratteristiche intelligenti, nuove funzionalità, connettività e app per smartphone per semplificare la vita degli sviluppatori.
Per esempio, gli oscilloscopi non servono più solo a visualizzare la tensione su un asse temporale. Sono in grado di eseguire operazioni matematiche complesse sui segnali in ingresso per supportare l’analisi, per la decodifica delle comunicazioni seriali e per attivare segnali complessi. Esistono poi i cosiddetti oscilloscopi “soft” basati su FPGA, che sono più simili a un laboratorio in miniatura. Pronti per l’uso, essi offrono il campo di misura standard, ma possono essere messi a punto per svolgere numerose altre funzioni grazie alla loro programmabilità. Se non avete problemi a utilizzare il laptop come schermo, e siete a corto di spazio sul banco di lavoro, essi rappresentano una valida alternativa.
Ricerca della sequenza minima di bit con gli oscilloscopi
L’avvento della digitalizzazione dell’oscilloscopio ha reso la ricerca delle cause dei problemi molto più diretta rispetto al metodo precedente, che consisteva nel fotografare lo schermo CRT. L’apparecchiatura odierna si collega facilmente alle reti e ai computer e permette di esaminare e condividere i segnali catturati, semplificando la configurazione e l’esecuzione dei test automatici. In relazione a questi aspetti, il modello 2194[footnoteRef:2] di B&K Precision sembra molto simile agli altri oscilloscopi a quattro canali sul mercato (Figura 1). Tuttavia, come per tutti gli investimenti importanti, vale la pena esaminare il manuale utente per scoprire tutte le sue potenzialità.
Figura 1: Il modello 2194 di B&K Precision offre una impressionante profondità di memoria di 14 Mpts. La funzione di ricerca facilita l’individuazione delle anomalie del segnale.
Con una larghezza di banda in ingresso rispettabile di 100 MHz, una frequenza di campionamento massima di 1 Gsa/s e un display TFT da 7 pollici e 800 × 480 pixel, il 2194 è altrettanto ben equipaggiato dei dispositivi con funzione analoga che costano più del doppio. Non solo, con i suoi 2,6 kg (5,7 lbs) di peso e circa 31 × 15 × 13 cm di dimensioni, è facile da spostare e occupa poco del vostro prezioso spazio sul banco da lavoro. I connettori BNC e l’USB per i supporti di archiviazione sono facilmente accessibili sul lato frontale. Sul lato posteriore, sono presenti solo l’USB per il controllo, l’Ethernet e l’uscita trigger BNC (che raddoppia come uscita pass/fail per l’automazione dei test). È dotato anche di un punto di collegamento per i cavi di sicurezza che si usano con i laptop. Per l’analisi del segnale, l’unità dispone di 38 tipi di parametri di misura e per le statistiche, tra cui il conteggio, la deviazione standard, i tempi di salita e discesa e l’ampiezza picco-picco. L’unità supporta anche la decodifica I2C, SPI, UART, CAN, e LIN.
Una velocità di aggiornamento di 100.000 wfms/s aiuta a trovare difetti e altri eventi non frequenti. Impressionante è anche la profondità della memoria. Con i suoi 14 Mpts, è in grado di catturare i segnali su lunghi intervalli temporali e di analizzarli per trovare anomalie mediante la funzione zoom. La ricerca di anomalie all’interno di serie di dati così grandi può rappresentare comunque una sfida. La funzione di ricerca del modello 2194 permette di trovare una serie di eventi, tra cui fronti, tempi di salita/discesa, impulsi e intervalli.
Un’altra sfida per gli sviluppatori è individuare i segnali digitali che non vengono pilotati correttamente. Conosciuti come impulsi runt(Figura 2), si verificano quando il driver ha una velocità di risposta insufficiente per raggiungere il livello logico desiderato nel tempo richiesto. Con il 2194 è possibile dunque cercare gli impulsi runt, ma anche usarli come trigger, definendo un livello di soglia superiore e inferiore. Se un segnale supera una soglia ma non l’altra, il trigger cattura la forma d’onda e la esamina, semplificando l’individuazione dei guasti intermittenti.
Figura 2: Gli impulsi runt, causati da problemi con i circuiti di pilotaggio, possono essere usati come trigger o possono essere trovati nei segnali catturati utilizzando la funzione di ricerca del modello 2194.
Moku:Go di Liquid Instruments
Per chi è sempre in movimento o lavora sul campo, un oscilloscopio tradizionale può risultare uno strumento pesante e ingombrante. Tuttavia, se siete disposti ad utilizzare il vostro laptop come interfaccia visiva esistono delle alternative. Una di queste è il Moku:Go[footnoteRef:3] di Liquid Instruments, un’unità compatta da 24 × 3,8 × 13 cm con solo 750 g di peso (Figura 3). Grazie al suo design basato su FPGA, il Moku:Go contiene in realtà otto strumenti in uno: è in grado di funzionare ad esempio come oscilloscopio da 30 MHz e analizzatore di spettro in tempo reale, come generatore di forme d’onda da 20 MHz, controllo PID, e come generatore di forme d’onda arbitrarie.
L’unità M0 di Moku:Go dispone di due ingressi analogici, due uscite analogiche e 16 I/O digitali. Si connette facilmente sia con Windows che con Mac tramite una porta USB-C. L’unità M1 aggiunge un alimentatore programmabile a due canali (PSU), da -5 V a +5 V e da 0 V a 16 V a 150 mA, oltre ai cavi necessari. L’unità M2 aggiunge due ulteriori PSU programmabili da 0,6 V a 5 V a 1 A massimo per canale, insieme alla connettività Ethernet.
Figura 3: Il Moku:Go è più simile a un laboratorio in miniatura, e offre la capacità di otto differenti apparecchiature di test in una sola unità poco più grande di una mano.
Anche se i PSU non programmabili potrebbero sembrare una funzionalità non essenziale, si comprende la loro importanza quando ci si rende conto che la corrente assorbita può essere utilizzata come parametro nella configurazione dei test. Ciò è dimostrato nella nota applicativa “Valutazione del convertitore con TI TPS63802EVM[nota Ref:4]”, in cui agli utenti viene mostrato come misurare l’efficienza di un convertitore Buck Boost. I PSU accoppiati con i due canali analogici sono più che sufficienti per misurare l’efficienza, e il canale Math, se dotato della resistenza di carico, fornisce comodamente la potenza in Watt. L’automazione della misura è disponibile anche utilizzando le API di programmazione in ambiente Python, MATLAB e LabView.
È difficile illustrare in modo esaustivo le funzionalità del Moku:Go nello spazio disponibile in questo articolo. Tuttavia, oltre alle eccellenti note applicative[notaRef:5], anche l’app dello strumento è degna di nota[notaRef:6]. L’interfaccia grafica è semplice e chiara e, grazie alla modalità demo, è possibile provare tutte le funzionalità. Ad esempio, la demo vi dà un’idea di come ingrandire e rimpicciolire gli assi X e Y, e di come configurare i canali e le funzioni di calcolo. Se avete dei dubbi sulle capacità di tale strumento, provare l’app vi aiuterà a decidere.
Componenti per il test e il binning
La progettazione dell’alimentazione richiede una comprensione eccellente degli induttori e dei condensatori utilizzati. In alcuni casi, per garantire l’accuratezza è necessario sottoporre ciascun componente a test e binning. Sia che lavoriate in un laboratorio di progettazione o in sala di produzione, la serie T3LCR[notaRef:7] di tester LCR di Teledyne LeCroy può esservi di aiuto (Figura 4). Dotate di grande display TFT da 3,5”, queste unità sono facili da configurare per le misure a quattro fili utilizzando il pannello frontale o tramite le porte USB o RS-232C. I tre modelli T3LCR supportano frequenze di test da 10 Hz a 2 kHz, 100 kHz, o 300 kHz, con una precisione di base dello 0,05%.
Caratteristiche come il controllo automatico di livello (ALC), soddisfano le esigenze di tensione di prova costante dei dispositivi MLCC, mentre la corrente di test regolabile è adatta per le misure degli induttori. Una polarizzazione DC interna regolabile da +2,5 V può essere usata per simulare contemporaneamente la corrente alternata e la corrente continua per valutare la variazione della capacità. In modalità List Measurement, è possibile raccogliere fino a 10 parametri di misura automatizzati, consentendo la caratterizzazione dei componenti insieme alle variazioni. Sulla parte posteriore, il T3LCR è dotato di un connettore DB-25 per l’interfaccia con un manipolatore per il binning dei componenti, che supporta fino a dieci bin. Sono disponibili misure di modelli equivalenti sia in serie che in parallelo per la resistenza, l’induttanza e la capacità. Permette di acquisire un’altra dozzina di parametri circa, tra cui il fattore di dissipazione (D), il fattore di qualità (Q), l’angolo di fase e la resistenza alla corrente continua.
Figura 4: Nel laboratorio di progettazione, il T3LCR di Teledyne LeCroy può essere usato per caratterizzare i componenti, mentre, in ambiente di produzione, può essere usato per effettuare il binning dei componenti.
Tenere sotto controllo l’ambiente circostante
Quando si sviluppano sistemi embedded, spesso è necessario confrontare i dati del sensore raccolti dal microcontrollore con le misure di apparecchiature di test professionali. In altri casi, quando si effettuano test ambientali sono necessarie misure a lungo termine. La serie 250W di misuratori ambientali di Extech collegati attraverso interfaccia Bluetooth di Extech[notaRef:8] è ideale in queste situazioni (Figura 5): offre una serie di funzioni di misura, tra cui RPM, intensità luminosa e umidità relativa, livello sonoro e velocità dell’aria. Con un ingombro di 54 × 28 × 120 – 176 mm, le unità stanno nel palmo della mano e sono di facile lettura grazie allo schermo LCD grande e luminoso.
Il modello RPM250W è un tachimetro laser, che offre misure RPM comprese tra 10 e 99.999 RPM con una precisione dello 0,04%, mentre il modello LT250W misura l’intensità della luce fino a 100.000 Lux. Il misuratore di portata d’aria compatto AN250W fornisce i risultati in ft/min, m/s e nodi insieme alla temperatura dell’aria ambiente. Per il livello di pressione sonora, il modello SL250W offre misure di frequenza con ponderazione ‘A’ per l’orecchio umano, con la registrazione dei valori massimo e minimo. Infine, con i modello RH250W è possibile misurare e registrare l’umidità relativa e la temperatura.
Figura 5: Grazie alla serie di misuratori Exetech 250W, è possibile effettuare una gamma di misure ambientali, che includono livello sonoro, RPM, flusso luminoso, umidità relativa e velocità dell’aria.
Tutti i modelli sono dotati di connettività Bluetooth, che consente di accoppiare le unità con un dispositivo iOS o Android e di utilizzarle con l’app Extech ExView. L’app è in grado di raccogliere contemporaneamente i dati da un massimo di otto misuratori della serie 250W e può essere configurata per generare allarmi sonori in corrispondenza dei livelli alti/bassi. I dati vengono registrati localmente e possono essere condivisi in formato .csv. Inoltre, è possibile integrare le foto delle posizioni dei test nei rapporti PDF che includono i dati di misura.
Uno strumento di misura per ogni sviluppatore embedded
Se da una parte lo sviluppo dei sistemi embedded è vario e divertente, alcune delle sfide che pone richiedono apparecchiature di test intelligenti per trovare la causa di guasti sporadici, determinare l’efficienza effettiva dei convertitori di potenza o confrontare le misure ambientali con i risultati dei sensori embedded. In altri casi è fondamentale comprendere il valore preciso dei componenti utilizzati, oppure può essere necessario effettuare un binning durante la produzione. Qualunque sia la vostra sfida nel campo dello sviluppo embedded, ci auguriamo che una delle soluzioni qui descritte possa supportarvi durante il vostro percorso.
