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數(shù)字存儲(chǔ)示波器迎接定時(shí)和抖動(dòng)的挑戰(zhàn) 示波器技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間:2020-07-29    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
在生產(chǎn)設(shè)計(jì)涉及快速信號(hào)而且時(shí)間緊迫的情況下,工程師有準(zhǔn)確的儀器和良好的故障排除工具是非常重要的。為迎接這種挑戰(zhàn),示波器生產(chǎn)商提供了既有高精確基本特性又有先進(jìn)解決問題能力的儀器。 數(shù)字示波器的基本任務(wù)是為使用者捕捉、觀察和分析信號(hào),以及提供排除故障的工具。在選擇示波器時(shí)使用者要考慮觸發(fā)性能、帶寬、取樣率和采集存儲(chǔ)器長度。

觸發(fā)

許多高性能示波器裝有觸發(fā)器,能夠區(qū)別變化率、毛刺和低脈沖的問題。如果使用者處理的是高速信號(hào),則理想的示波器可由快速事件觸發(fā)。較快的觸發(fā)電路可用100ps分辨率捕捉600ps的事件。

當(dāng)電路情況尚未清楚時(shí),使用非常快速的觸發(fā)并將數(shù)據(jù)全部存入顯示屏的長余輝圖形。使用者能觀察到可能引起錯(cuò)誤的事件類型,并設(shè)置觸發(fā)去捕捉這些事件。

如果使用者知道正常信號(hào)應(yīng)有的波形,則使用者只要在信號(hào)出現(xiàn)異常定時(shí)特性時(shí)觸發(fā)。

帶寬和取樣率

示波器帶寬和取樣率對(duì)精確信號(hào)捕捉是重要的。對(duì)定時(shí)測(cè)量來說,兩種特性中取樣率通常更為重要。

數(shù)字示波器在一個(gè)信號(hào)周期中最少應(yīng)捕捉八個(gè)樣本,才能進(jìn)行精確的定時(shí)測(cè)量。精密測(cè)量可能需要更高的比率。

前端放大器要有足夠的帶寬去跟蹤信號(hào)的最高帶寬成分。對(duì)于上升時(shí)間350ps的電路來說,放大器具有350ps本征上升時(shí)間的1GHz示波器就足夠了。所有時(shí)鐘邊沿的上升時(shí)間將會(huì)同樣降低,但不會(huì)影響它們的相對(duì)定時(shí)。

應(yīng)該選用更高帶寬的儀器去測(cè)量1GHz以上的噪聲效應(yīng),同時(shí)應(yīng)該認(rèn)識(shí)更高帶寬的雙邊沿效應(yīng)。更精確的上升時(shí)間要求示波器繪制更精確的帶寬,但是過份的帶寬會(huì)使使用者獲得錯(cuò)誤的結(jié)論。假定微處理器時(shí)鐘正在驅(qū)動(dòng)高速RAM器件的選通輸入,RAM器件將對(duì)時(shí)鐘邊沿發(fā)生響應(yīng)而不是對(duì)高頻噪聲發(fā)生響應(yīng)。在這種情況下,電路響應(yīng)受帶寬限制并忽略掉很高的高頻噪聲。

寬帶垂直噪聲是邊沿抖動(dòng)的主要制造者,但使用者不要過份估計(jì)垂直噪聲的影響,把超過被測(cè)電路和帶寬的噪聲影響也考慮在內(nèi)。因?yàn)榉糯笃鞯膶拵г肼曤S帶寬的開方值增加,使用者應(yīng)保證示波器不會(huì)把噪聲和抖動(dòng)加入到信號(hào)中。具有500MHz至幾GHz帶寬的示波器只有幾ps的本征噪聲。

存儲(chǔ)器深度

對(duì)于復(fù)雜數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘穩(wěn)定度和定時(shí)分析,示波器應(yīng)該有足夠的存儲(chǔ)器在整個(gè)數(shù)據(jù)記錄上保持A/D轉(zhuǎn)換器的最高取樣率。如果存儲(chǔ)器不夠,則必需降低A/D轉(zhuǎn)換器的取樣率去捕捉整個(gè)信號(hào),或者保持最高取樣率而不能記錄整個(gè)信號(hào)。

定時(shí)測(cè)量

多種定時(shí)測(cè)量都要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的有效性。使用者不能只測(cè)量一次周期至周期的變化就測(cè)量出周期抖動(dòng)。必須進(jìn)行多次測(cè)量以保證一個(gè)具有高斯分布的參數(shù)的分布范圍的測(cè)量(見附表)。這些分布需要包括多種信號(hào)定時(shí)變化由寬帶噪聲決定的定時(shí)測(cè)量 。

高斯分布測(cè)量

直分圖事件數(shù) 時(shí)鐘周期抖動(dòng)(б) 100±2.1 1,000±2.9 5,000 ±3.4 10,000 ±3.5 100,000 ±4.1 1,000,000 ±4.6 5,000,000 ±5.1

參數(shù)測(cè)量值,例如空度比誤差要有1,000次測(cè)量,獲得最可能的結(jié)果是分布范圍達(dá)到±2.9б。捕捉1×106次測(cè)量可將數(shù)值范圍擴(kuò)展到大約9б(±4.6б)。這樣的置信度要高得多,使最壞情況的電路性能得到特征化。

某些示波器觸發(fā)一次只捕捉到一個(gè)參數(shù)值,即使由長的存儲(chǔ)器去捕捉,通常只是屏幕的第一個(gè)周期。另一些示波器觸發(fā)一次可捕促到1×106以上的周期并對(duì)所有周期都作測(cè)量。

示波器的CPU速度和RAM大小隨型號(hào)的不同而不同,沒有必要與價(jià)格掛鉤。某些低價(jià)示波器有很高的處理能力,而某些高價(jià)的示波器的處理能力卻很低。某些示波器用專用DSP去快速運(yùn)行某些計(jì)算,但對(duì)另一些計(jì)算的運(yùn)行會(huì)很慢??梢栽谫徺I示波器之前,先讓示波器進(jìn)行特定的測(cè)量。

先進(jìn)的故障排除性能

多種先進(jìn)的故障排除工具,特別是尋找定時(shí)和抖動(dòng)問題的工具,現(xiàn)在都裝入示波器內(nèi)。首先是某些示波器具有更快進(jìn)入觸發(fā)方式的能力,并且將數(shù)據(jù)顯示成余輝圖形,使用者可觀察到大量事件。

某些示波器使用這些余輝圖數(shù)據(jù)繪制出向量掃跡,它顯示的包絡(luò)是±3б或其它б值,而其它示波器可給出數(shù)據(jù)值的統(tǒng)計(jì)表示。它用四個(gè)數(shù)字一組來表示,使邊沿的多次采集特征化,用邊沿到達(dá)的最先、最后、平均和б值來顯示。

其它示波器可繪制出表示所有邊沿到達(dá)時(shí)間的直方圖。多峰直方圖或帶肩直方圖表示除一項(xiàng)噪聲之外,還有其它因素導(dǎo)致定時(shí)問題。

某些示波器還可作出諸如周期周期抖動(dòng)、周期至下一周期的空度比變化、脈沖幅度分布等的信號(hào)參數(shù)直方圖。由于直方圖內(nèi)容隨示波器型號(hào)的不同而不同,工程師應(yīng)考慮哪一種參數(shù)重要而選擇一種含有這種參數(shù)的示波器。在許多情況下需要保持與時(shí)間有關(guān)的參數(shù)測(cè)量記錄。某些示波器可采用與數(shù)據(jù)采集一樣的時(shí)基作出定時(shí)參數(shù)的連貫值掃跡。

上述掃跡跟蹤著信號(hào)隨原始數(shù)據(jù)掃跡的定時(shí)變動(dòng)。如果信號(hào)的周期、頻率或空度比變化,則跟蹤著抖動(dòng)的掃跡可顯示出隨這些變化而變化的曲線(見附圖)。

因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用作證實(shí)一個(gè)系統(tǒng)是否處在指標(biāo)之內(nèi),示波器上的抖動(dòng)跟蹤曲線是電路故障排除的極好工具。設(shè)計(jì)者可迅速確認(rèn)被測(cè)信號(hào)的非正常部分的位置并深入尋找失效原因。

選擇示波器

每個(gè)連續(xù)進(jìn)行的項(xiàng)目都會(huì)遇到更快的信號(hào)和更復(fù)雜的問題,所以選擇示波器的最后一個(gè)因素是要考慮到未來的應(yīng)用。選擇一個(gè)比目前需要的觸發(fā)更快、存儲(chǔ)能力更深和參數(shù)分析能力更強(qiáng)的示波器是很重要的。另外考慮示波器的設(shè)計(jì)將來能否增加分析工具和更多RAM。

當(dāng)選擇示波器作定時(shí)和抖動(dòng)測(cè)量時(shí),使用者應(yīng)該盡可能多地了解電路特性。在檢查市售示波器的指標(biāo)后,選取幾種不同供應(yīng)商的樣品試用?;ㄙM(fèi)時(shí)間用示波器作實(shí)際測(cè)量和作故障分析是值得的,并且這可保證將來作定時(shí)和抖動(dòng)分析更為精確。
掌握示波器使用好習(xí)慣很重要!

  示波器是電子工程師的眼睛。如果不使用示波器,我們?cè)谘械漠a(chǎn)品就相當(dāng)于一個(gè)黑盒子,難以探知其真實(shí)面目,畢竟一抹黑的路不好走。想要產(chǎn)品使用的好,不僅要了解產(chǎn)品,也要維護(hù)好產(chǎn)品,用好產(chǎn)品也能減少故障率的提升,下面通過良好的使用習(xí)慣:

  1、理論聯(lián)系實(shí)際的好幫手  示波器是一名硬件測(cè)試工程師必須熟練掌握的工具,但由于工作性質(zhì)的原因,我們經(jīng)常做的工作是對(duì)照測(cè)試用例或者規(guī)范進(jìn)行一些固定項(xiàng)的重復(fù)測(cè)試,如各類接口,內(nèi)部總線等。久而久之,很多人就不滿足于這種知識(shí)面了。不安于現(xiàn)狀的測(cè)試工程師們接下來的步驟就是找來一些資料來深入學(xué)習(xí)自己所面向的產(chǎn)品,了解工作原理,內(nèi)部構(gòu)造,各模塊電路,信號(hào)流向等。這些知識(shí)有的清晰,有的模棱兩可,有的甚至搞不懂?! ‘?dāng)你遇到這種情況時(shí),示波器可以成為你非常好的幫手,對(duì)不懂的地方,可以先查查資料,嘗試弄明白原理,然后用示波器量一下波形,時(shí)序等,驗(yàn)證自己的分析結(jié)果。通過示波器可以直觀地看到波形,會(huì)使人感到很清晰,印象深刻,理論知識(shí)也可以得到更好的理解?! “岩粋€(gè)電子產(chǎn)品上的信號(hào)都量測(cè)之后,加上學(xué)習(xí)一些文檔,那樣對(duì)自己所面對(duì)的產(chǎn)品理解就會(huì)透徹了?! ?i>2、直面bug的本質(zhì)  當(dāng)我們?cè)诮鉀Qbug的時(shí)候,有的問題可能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)就解決了,而沒有去徹底把本質(zhì)搞明白。這樣就會(huì)有隱患,而且下次設(shè)計(jì)電路的時(shí)候可能掉進(jìn)同樣的一個(gè)陷阱?! ”热鏘2C上拉電阻配置不正確導(dǎo)致通信出現(xiàn)概率性失敗,信號(hào)線上電容過大導(dǎo)致波形失真等,也許我們改改電阻值、電容值就把問題解決了,但是這樣還不夠,如果通過示波器看到波形的本質(zhì),然后再去調(diào)試。這樣解決的問題,以后就不會(huì)再犯了,也會(huì)保證避免出現(xiàn)一些當(dāng)時(shí)認(rèn)為已經(jīng)解決,但是在批量時(shí)依然會(huì)概率性的出問題?! ∫恍〦MC問題是由內(nèi)部高頻信號(hào)的諧波引起,通過示波器調(diào)試,可以在保證信號(hào)完整性的基礎(chǔ)上有效降低輻射信號(hào)的能量,如串接更合適的匹配電阻,增加對(duì)地電容等手段去解決。而保證信號(hào)完整性,最直接的手段就是使用示波器測(cè)試,以免矯枉過正,出現(xiàn)隱患?! ?i>3、有圖有真相  有些bug出現(xiàn)的時(shí)候,需要多方來一起解決。這樣的多方郵件溝通就需要圖像作為重要依據(jù)了。之前遇到一個(gè)bug:Host端向device端加載文件時(shí)出現(xiàn)概率性失敗的情況。這里涉及三方的硬件,軟件,還要涉及Host芯片及Device芯片廠家的臺(tái)灣原廠。各方經(jīng)過各自的檢查,加上各自之前出貨的經(jīng)驗(yàn),均認(rèn)為自己沒有問題。使用示波器反復(fù)量測(cè)波形,時(shí)序,在開始也沒能定位問題。因在啟動(dòng)時(shí),時(shí)鐘信號(hào)線上會(huì)出現(xiàn)一部分1V雜波信號(hào),然后通過實(shí)驗(yàn)手段判定就是Host端發(fā)出,以此作為證據(jù)要求Host端的臺(tái)灣原廠修改,理由是不管此信號(hào)是否對(duì)通信造成影響,至少先解決這個(gè)問題再考慮。在更新過兩次代碼后,1V雜波信號(hào)消失,老化拷機(jī),并未出現(xiàn)問題?! 〕鲇谧晕冶Wo(hù)本能以及各方知識(shí)的局限,一般各自都會(huì)認(rèn)為自己這方?jīng)]有問題,通過示波器量測(cè)波形,找到證據(jù),督促修改,會(huì)使得問題容易得到解決?! ∽詈?,需要特別注意的是示波器的操作一定要正確,錯(cuò)誤的操作及細(xì)節(jié)的不注意,就有可能把示波器這一神器變成雙刃劍,帶來不必要的麻煩,需要特別注意。在實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的人測(cè)試會(huì)得到不同的測(cè)試結(jié)果,這里就需要平時(shí)多多累積一些經(jīng)驗(yàn)了。歸根結(jié)底,還是一個(gè)要多使用的問題,當(dāng)然文檔也要多看。

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示波器 掌握示波器使用好習(xí)慣很重要!_示波器
示波器使用中需注意的問題
  示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量儀器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖像,便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束,打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上,就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)(這是傳統(tǒng)的模擬示波器的工作原理)。

  一、示波器電源故障造成的不開機(jī)

  示波器內(nèi)部有獨(dú)立的電源模塊為主板和各功能模塊供電,故需著重關(guān)注用電安全。

  1、使用示波器原裝電源線;

  2、確認(rèn)電網(wǎng)穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)中有大功率電器接入時(shí),先關(guān)閉示波器,拔下電源線,待電網(wǎng)穩(wěn)定后再使用;

  3、開機(jī)時(shí):先插上AC電源線,再按開機(jī)鍵開機(jī);

  關(guān)機(jī)時(shí):先按關(guān)機(jī)鍵關(guān)閉示波器,再拔掉AC電源線;

  4、注意儀器使用環(huán)境,定期清理灰塵。

  二、示波器燒通道/燒采集板

  一般通道故障是由靜電或接入過大信號(hào)造成的,嚴(yán)重的時(shí)候更會(huì)燒掉采集板和主控板。這種故障維修難度大、周期長、成本高,故使用中需特別注意:

  1、嚴(yán)禁用手或身體其他部位碰觸示波器通道接口,防止靜電損傷;

  2、使用前先估算信號(hào)幅度,使用合適衰減倍數(shù)的探頭進(jìn)行測(cè)試;

  3、測(cè)試時(shí)先將探頭接好,再通入信號(hào);測(cè)試完畢后先斷開測(cè)試信號(hào),再取下探頭。

  三、示波器系統(tǒng)問題

  類似計(jì)算機(jī),示波器也有一套自己的操作系統(tǒng)來管理和控制硬件和軟件資源。常見的示波器系統(tǒng)問題有系統(tǒng)崩潰,驅(qū)動(dòng)程序丟失,數(shù)據(jù)丟失,磁盤/內(nèi)存損壞等等。

  使用中需注意的問題:

  1、定期清理系統(tǒng),進(jìn)行全盤殺毒,備份系統(tǒng);

  2、不要對(duì)系統(tǒng)文件進(jìn)行操作。對(duì)系統(tǒng)文件誤操作可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰;

  3、注意開關(guān)機(jī)順序,禁止直接拔電源線。

標(biāo)簽: 示波器
示波器 示波器使用中需注意的問題_示波器

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