利用示波器的高波形捕獲率觀察偶發(fā)信號(hào)的方法

　　摘要：現(xiàn)在，各種電子產(chǎn)品，尤其是手機(jī)等移動(dòng)終端，對高性能、小型化、低功耗的需求不斷加強(qiáng)，嵌入式設(shè)計(jì)無處不在。這使得各種電路設(shè)計(jì)的密度和信號(hào)速度都達(dá)到相當(dāng)高的程度。高速數(shù)字示波器是重要的，也是尤其常用的調(diào)試工具。在嵌入式調(diào)試中，偶發(fā)異常信號(hào)恰恰是導(dǎo)致系統(tǒng)故障或者不穩(wěn)定的重要原因，能夠有效捕獲和觀察這些偶發(fā)信號(hào)成為數(shù)字示波器的重要功能指標(biāo)。
　　
　　現(xiàn)在，各種電子產(chǎn)品，尤其是手機(jī)等移動(dòng)終端，對高性能、小型化、低功耗的需求不斷加強(qiáng)，嵌入式設(shè)計(jì)無處不在。這使得各種電路設(shè)計(jì)的密度和信號(hào)速度都達(dá)到相當(dāng)高的程度。一方面，器件的密度和功能的增加，會(huì)引入更多串?dāng)_和噪聲；另一方面，數(shù)字總線的速度加快，帶來了觀測瞬時(shí)信號(hào)的難度。這對電路設(shè)計(jì)和調(diào)試及zui后的產(chǎn)品測試帶來了極大的挑戰(zhàn)，選擇合適和正確的調(diào)試和測試工具對保證項(xiàng)目的成功變得非常重要。高速數(shù)字示波器是重要的，也是尤其常用的調(diào)試工具。　　
　　正確地設(shè)置觸發(fā)條件可以有效地利用示波器發(fā)現(xiàn)偶發(fā)信號(hào)，但需要測試者提前預(yù)判這些偶發(fā)信號(hào)的特征，并做出種種條件設(shè)置。這需要測試者具有非常豐富的測試經(jīng)驗(yàn)同時(shí)對電路的每一部分都十分熟悉。在調(diào)試復(fù)雜電路并往往在時(shí)間壓力下工作時(shí)，會(huì)給項(xiàng)目帶來風(fēng)險(xiǎn)。的方法是能借助示波器有效地發(fā)現(xiàn)這些偶發(fā)信號(hào)和瞬時(shí)信號(hào)并直接觀察。傳統(tǒng)的模擬示波器，在不考慮觸發(fā)消耗的情況下，其“死區(qū)時(shí)間”幾乎可以忽略不計(jì)，任何變化的信號(hào)都將反映在顯示屏上。但模擬示波器僅僅能夠用于觀察波形，在數(shù)據(jù)的后期處理、計(jì)算及存儲(chǔ)方面就變得十分困難，而且對高速偶發(fā)信號(hào)無法捕獲和記錄分析，同時(shí)帶寬的限制也不能適應(yīng)高速電路設(shè)計(jì)的需求。因此逐漸被淘汰出市場，取而代之的是現(xiàn)在廣為使用的數(shù)字示波器。　　
　　模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)是可以把信號(hào)變化實(shí)時(shí)地顯示出來。數(shù)字示波器由于信號(hào)采集和顯示的機(jī)理不同，處理器需要兼顧顯示、計(jì)算、測量、觸發(fā)等功能，所以會(huì)產(chǎn)生所謂“死區(qū)時(shí)間”。示波器的采集及死區(qū)時(shí)間示意如圖1，當(dāng)異常信號(hào)恰好發(fā)生在示波器的“死區(qū)時(shí)間”，這個(gè)異常信號(hào)就會(huì)被錯(cuò)過而觀察不到。以數(shù)字示波器上的10ns檔位為例，如果橫坐標(biāo)有10格，那么大概1秒鐘可以分為1s/100ns=10,000,000幀，假設(shè)觸發(fā)造成了50%的時(shí)間開銷，理論上有5,000,000幀/秒的波形捕獲率才能實(shí)時(shí)地，地呈現(xiàn)波形。但是由于各種技術(shù)條件的限制，現(xiàn)在的數(shù)字示波器遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)波形捕獲率，這樣就會(huì)有大量的波形數(shù)據(jù)落在“死區(qū)時(shí)間”里，從而降低了波形觀察的質(zhì)量。可見，對于測試者而言，波形捕獲率是評價(jià)一款數(shù)字示波器獲取偶發(fā)信號(hào)能力的zui主要指標(biāo)，如果波形捕獲率高，捕獲偶發(fā)信號(hào)的能力就越強(qiáng)，反之則捕獲能力差（如圖2）。為了提高波形捕獲率，各示波器廠商采用了不同的架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，zui終效果也不盡相同。某國外示波器廠商，為了掩飾其波形捕獲率在相應(yīng)條件下實(shí)際較低的不足，將波形捕獲率性能指標(biāo)和系統(tǒng)構(gòu)架及實(shí)現(xiàn)方法混為一談，造成DPO=高捕獲率的印象，混淆了概念，干擾了用戶的選擇。　　
　　普源精電（RIGOL）公司集中科研實(shí)力自主研發(fā)生產(chǎn)了DS6000系列數(shù)字示波器，采用了的UltarVision技術(shù)，成為國產(chǎn)*臺(tái)帶寬達(dá)到1GHz的數(shù)字示波器產(chǎn)品。其波形捕獲率、存儲(chǔ)深度、實(shí)時(shí)采樣率、觸發(fā)種類、數(shù)據(jù)計(jì)算等各方面均達(dá)到同類產(chǎn)品*水平。
　　
　　不同于國外某示波器廠商的宣傳概念，RIGOL將用戶的真正需求放在*，特別是將波形捕獲率大踏步地提高到180,000幀/秒，同時(shí)提供*的波形錄制功能，使得DS6000數(shù)字示波器在觀察偶發(fā)信號(hào)和瞬時(shí)信號(hào)時(shí)，都得心應(yīng)手，極大地幫助用戶提升調(diào)試效率。
　　
　　以高帶寬示波器中10ns和1ns兩個(gè)常用的檔位為例，表1對比了DS6000系列與國外某廠商某款主流數(shù)字示波器的zui大波形捕獲率，可以看出DS6000系列的明顯優(yōu)勢。　　
　　圖3的信號(hào)為一個(gè)正常的方波，但每10萬個(gè)周期才會(huì)出現(xiàn)一次異常信號(hào)，使用DS6000系列數(shù)字示波器就可以輕松觀察到這個(gè)偶發(fā)異常信號(hào)，用戶可以根據(jù)直觀的觀察，判斷進(jìn)一步調(diào)試的思路和設(shè)置。
　　
　　在嵌入式調(diào)試中，偶發(fā)異常信號(hào)恰恰是導(dǎo)致系統(tǒng)故障或者不穩(wěn)定的重要原因，能夠有效捕獲和觀察這些偶發(fā)信號(hào)成為數(shù)字示波器的重要功能指標(biāo)。