利用示波器的高波形捕獲率觀察偶發信號的方法

　　摘要：現在，各種電子產品，尤其是手機等移動終端，對高性能、小型化、低功耗的需求不斷加強，嵌入式設計無處不在。這使得各種電路設計的密度和信號速度都達到相當高的程度。高速數字示波器是重要的，也是尤其常用的調試工具。在嵌入式調試中，偶發異常信號恰恰是導致系統故障或者不穩定的重要原因，能夠有效捕獲和觀察這些偶發信號成為數字示波器的重要功能指標。
　　
　　現在，各種電子產品，尤其是手機等移動終端，對高性能、小型化、低功耗的需求不斷加強，嵌入式設計無處不在。這使得各種電路設計的密度和信號速度都達到相當高的程度。一方面，器件的密度和功能的增加，會引入更多串擾和噪聲；另一方面，數字總線的速度加快，帶來了觀測瞬時信號的難度。這對電路設計和調試及zui后的產品測試帶來了極大的挑戰，選擇合適和正確的調試和測試工具對保證項目的成功變得非常重要。高速數字示波器是重要的，也是尤其常用的調試工具。　　
　　正確地設置觸發條件可以有效地利用示波器發現偶發信號，但需要測試者提前預判這些偶發信號的特征，并做出種種條件設置。這需要測試者具有非常豐富的測試經驗同時對電路的每一部分都十分熟悉。在調試復雜電路并往往在時間壓力下工作時，會給項目帶來風險。的方法是能借助示波器有效地發現這些偶發信號和瞬時信號并直接觀察。傳統的模擬示波器，在不考慮觸發消耗的情況下，其“死區時間”幾乎可以忽略不計，任何變化的信號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，在數據的后期處理、計算及存儲方面就變得十分困難，而且對高速偶發信號無法捕獲和記錄分析，同時帶寬的限制也不能適應高速電路設計的需求。因此逐漸被淘汰出市場，取而代之的是現在廣為使用的數字示波器。　　
　　模擬示波器的優點是可以把信號變化實時地顯示出來。數字示波器由于信號采集和顯示的機理不同，處理器需要兼顧顯示、計算、測量、觸發等功能，所以會產生所謂“死區時間”。示波器的采集及死區時間示意如圖1，當異常信號恰好發生在示波器的“死區時間”，這個異常信號就會被錯過而觀察不到。以數字示波器上的10ns檔位為例，如果橫坐標有10格，那么大概1秒鐘可以分為1s/100ns=10,000,000幀，假設觸發造成了50%的時間開銷，理論上有5,000,000幀/秒的波形捕獲率才能實時地，地呈現波形。但是由于各種技術條件的限制，現在的數字示波器遠遠低于這個波形捕獲率，這樣就會有大量的波形數據落在“死區時間”里，從而降低了波形觀察的質量。可見，對于測試者而言，波形捕獲率是評價一款數字示波器獲取偶發信號能力的zui主要指標，如果波形捕獲率高，捕獲偶發信號的能力就越強，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設計和實現方法，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條件下實際較低的不足，將波形捕獲率性能指標和系統構架及實現方法混為一談，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）公司集中科研實力自主研發生產了DS6000系列數字示波器，采用了的UltarVision技術，成為國產*臺帶寬達到1GHz的數字示波器產品。其波形捕獲率、存儲深度、實時采樣率、觸發種類、數據計算等各方面均達到同類產品*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，同時提供*的波形錄制功能，使得DS6000數字示波器在觀察偶發信號和瞬時信號時，都得心應手，極大地幫助用戶提升調試效率。
　　
　　以高帶寬示波器中10ns和1ns兩個常用的檔位為例，表1對比了DS6000系列與國外某廠商某款主流數字示波器的zui大波形捕獲率，可以看出DS6000系列的明顯優勢。　　
　　圖3的信號為一個正常的方波，但每10萬個周期才會出現一次異常信號，使用DS6000系列數字示波器就可以輕松觀察到這個偶發異常信號，用戶可以根據直觀的觀察，判斷進一步調試的思路和設置。
　　
　　在嵌入式調試中，偶發異常信號恰恰是導致系統故障或者不穩定的重要原因，能夠有效捕獲和觀察這些偶發信號成為數字示波器的重要功能指標。