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選擇合適的示波器進(jìn)行高速電路調(diào)試和驗(yàn)證 示波器技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間：2020-07-29    來(lái)源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
示波器，作為全球使用廣泛的通用儀器，伴隨電子設(shè)計(jì)工程師走過(guò)了60年的歷程。第一代的模擬實(shí)時(shí)示波器（ART）和第二代的數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO），都有其明顯的缺點(diǎn)。基于DPX數(shù)字熒光技術(shù)的第三代數(shù)字熒光示波器（DPO），結(jié)合了前兩代示波器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)消除了兩者的缺點(diǎn)。全新一代的數(shù)字熒光技術(shù)進(jìn)一步提升了數(shù)字熒光示波器的實(shí)時(shí)性，使DPO在性能和適用性方面已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了同等帶寬的ART和DSO，成為當(dāng)前業(yè)界性能較優(yōu)、效率最高、分析能力較強(qiáng)的選擇。為什么DPO具有這樣的能力呢？本文接下來(lái)的部分，將結(jié)合DPX技術(shù)的核心，為讀者完整介紹三代示波器在調(diào)試和驗(yàn)證工作中的優(yōu)劣勢(shì)，同時(shí)解答一些已談?wù)撨^(guò)多年的疑問(wèn)。

第一章 示波器技術(shù)的發(fā)展和演變

泰克的511模擬實(shí)時(shí)示波器，標(biāo)志著商用示波器時(shí)代的到來(lái)。511之前也有一些“示波器”產(chǎn)品，但是由于其沒(méi)有觸發(fā)系統(tǒng)和校準(zhǔn)的時(shí)基、垂直刻度，不能提供穩(wěn)定的顯示波形，也不能進(jìn)行定量測(cè)試，所以只是一種定性觀測(cè)的工具。511首次在“示波器”這種測(cè)試設(shè)備中加入了邊沿觸發(fā)以顯示穩(wěn)定波形、使用校準(zhǔn)的時(shí)基和垂直放大器以提供定量測(cè)試能力，大大增加了適用性。這樣，商用示波器誕生了。

模擬實(shí)時(shí)示波器發(fā)展到現(xiàn)在，基本結(jié)構(gòu)并沒(méi)有多大變化，下圖是一個(gè)基本的結(jié)構(gòu)框圖：


圖1: 模擬示波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

模擬實(shí)時(shí)示波器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有信號(hào)的數(shù)字化、處理等過(guò)程。ART的所有信號(hào)調(diào)理、放大和顯示都由模擬器件完成，所以從信號(hào)進(jìn)入放大器（或探頭）到最后在CRT上顯示，幾乎是實(shí)時(shí)（延遲時(shí)間幾乎可以忽略）的。

但是，模擬示波器也有死區(qū)時(shí)間，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)是不能顯示在屏幕上的。這個(gè)死區(qū)時(shí)間來(lái)自于觸發(fā)系統(tǒng)的“觸發(fā)抑止（hold off）”和等待觸發(fā)的時(shí)間。所以，模擬示波器也不是能100％地捕獲信號(hào)。不同型號(hào)的模擬實(shí)時(shí)示波器，最大波形捕獲概率大約從30％～70％不等，掃描速度較快可達(dá)50萬(wàn)次/秒。這是一個(gè)非常好的指標(biāo)。

再來(lái)看模擬示波器顯示的方式——CRT陰極射線管。電子束經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)，再轟擊顯示屏上的熒光物質(zhì)發(fā)光形成波形軌跡。當(dāng)電子束停止轟擊后，亮點(diǎn)不會(huì)立即消失而要保留一段余輝時(shí)間。余輝時(shí)間10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長(zhǎng)余輝，大于1s為極長(zhǎng)余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長(zhǎng)余輝。在余輝效應(yīng)的作用下，波形軌跡上每一點(diǎn)的亮度，和被轟擊的次數(shù)（頻度）成正比關(guān)系。因此，模擬實(shí)時(shí)示波器顯示的波形，不僅有時(shí)間和幅度的信息，還能以亮度等級(jí)表示信號(hào)出現(xiàn)概率的信息，非常有利于觀測(cè)。

但是在另一方面，熒光物質(zhì)發(fā)光的這一特性也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：轟擊次數(shù)過(guò)少的軌跡的亮度會(huì)很低，甚至根本無(wú)法觀測(cè)到。所以模擬示波器比較適合于重復(fù)信號(hào)（如連續(xù)正弦波）或者有重復(fù)特性的信號(hào)（如模擬視頻信號(hào)）。而對(duì)單次信號(hào)（如單個(gè)脈沖或偶發(fā)故障）的觀測(cè)能力非常有限。

總結(jié)起來(lái)，模擬實(shí)時(shí)示波器有以下幾點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)、波形捕獲概率高、直觀的三維（時(shí)間、幅度和信號(hào)出現(xiàn)概率）顯示方式。缺點(diǎn)主要在于：無(wú)法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、分析能力有限、對(duì)低概率事件捕獲能力不足、觸發(fā)簡(jiǎn)單、預(yù)觸發(fā)延時(shí)不足和帶寬提升困難（從前端放大器到CRT必須同時(shí)提升）等。隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)的興起和越來(lái)越多的單次信號(hào)測(cè)量需求，模擬示波器這些缺點(diǎn)使其漸漸不再能滿足測(cè)試需求，所以從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，主流的示波器廠家均漸漸轉(zhuǎn)向數(shù)字示波器的研發(fā)和生產(chǎn)。

第一代數(shù)字示波器現(xiàn)在被稱(chēng)為數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO），使用串行的工作結(jié)構(gòu)。原理框圖如下：


圖2: 數(shù)字存儲(chǔ)示波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

數(shù)字存儲(chǔ)示波器使用了ADC采樣的方式，所以被測(cè)的模擬波形最終可以以數(shù)據(jù)的格式存儲(chǔ)。當(dāng)然，數(shù)字化的數(shù)據(jù)還可以方便地進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、頻譜分析、數(shù)學(xué)計(jì)算或者其它高級(jí)分析。所以數(shù)字示波器特別適于單次信號(hào)的采集和分析，這是一個(gè)很大的突破。

另外一方面，數(shù)字存儲(chǔ)示波器在ADC以后就是全數(shù)字化處理，所以帶寬的提升僅受限于可變?cè)鲆娴那爸梅糯笃鲙捄虯DC的速率。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在，泰克TDS6154C是業(yè)界真實(shí)模擬代寬最高的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，達(dá)到12.5GHz(3dB)。 由于超高高帶寬示波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，寬帶放大器是其中的核心部分，目前的主流設(shè)計(jì)都采用每一個(gè)通道獨(dú)立的硬件放大器設(shè)計(jì)方法，這樣保證每一個(gè)通道的性能沒(méi)有限制。當(dāng)每一個(gè)通道放大器的設(shè)計(jì)帶寬不足時(shí)，有些示波器通過(guò)DBI技術(shù)利用示波器每一個(gè)通道6GHZ的低帶寬放大器在不同的頻段“拼接”在一起，在某一個(gè)通道上達(dá)到超過(guò)6GHZ的帶寬，例如3個(gè)通道的6GHZ頻段“拼接”后達(dá)到18GHZ帶寬。從DBI技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法可以明顯看出它的優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)的缺陷，最明顯的優(yōu)勢(shì)是利用多通道的低帶寬合并為單通道超過(guò)10GHZ的高帶寬，在示波器設(shè)計(jì)中成本最高的放大器和ADC均采用低速設(shè)計(jì)，非常有利于控制成本。 由于DBI技術(shù)本質(zhì)上首先經(jīng)過(guò)將信號(hào)頻率分配到不同的通道，通過(guò)相對(duì)低速的ADC進(jìn)行采樣，最后通過(guò)DSP技術(shù)將這些包含不同分量的頻率數(shù)字“拼接”，它會(huì)導(dǎo)致以下幾個(gè)限制。

1. 通道數(shù)限制：當(dāng)使用不同通道時(shí)帶寬不同，3通道或4通道使用時(shí)僅僅提供6GHZ帶寬，ADC采樣率也有限制。

2. 頻譜“拼接”錯(cuò)誤：從幅頻特性圖可以看出，每一個(gè)頻率“拼接”點(diǎn)都有明顯的非線性，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻譜分量在該區(qū)域時(shí)，示波器時(shí)域顯示的波形會(huì)出現(xiàn)波形失真。

3. 波形捕獲率低： 由于DBI技術(shù)需要軟件處理和“拼接”數(shù)字頻域的波形，數(shù)據(jù)量比較大時(shí)波形處理和顯示速度非常低。

4. 功能限制： 當(dāng)DBI打開(kāi)時(shí)，雖然單通道帶寬和ADC提升，但是觸發(fā)系統(tǒng)的帶寬無(wú)法通過(guò)DBI技術(shù)提升，最大僅為800MHZ，另外示波器的外參考輸入，垂直靈敏度的精細(xì)調(diào)整等功能都會(huì)由于DBI打開(kāi)而受限。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器在觸發(fā)系統(tǒng)上也有很大的進(jìn)步。從結(jié)構(gòu)框圖上可以看到，數(shù)字示波器的觸發(fā)系統(tǒng)是完全獨(dú)立的一個(gè)以模擬電路為主的電路。高性能的觸發(fā)系統(tǒng)好比是照相機(jī)的快門(mén)，可以幫助測(cè)試人員準(zhǔn)確定位信號(hào)行為。針對(duì)各種特殊信號(hào)的特點(diǎn)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器可配備毛刺觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、過(guò)渡時(shí)間、通訊觸發(fā)、串行觸發(fā)、窗口觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、碼型出發(fā)和總線觸發(fā)等多種高級(jí)觸發(fā)模式。泰克的Pinpoint?觸發(fā)系統(tǒng)是當(dāng)前全業(yè)界先進(jìn)的觸發(fā)系統(tǒng)，在邊沿觸發(fā)和高級(jí)觸發(fā)中使用完全的SiGe技術(shù)，所以觸發(fā)靈敏度都可到達(dá)到很高的水平，例如TDS6124C這款儀器，邊沿觸發(fā)和高級(jí)觸發(fā)的靈敏度都可以同時(shí)達(dá)到3div@9GHz。這個(gè)雙觸發(fā)系統(tǒng)輔以觸發(fā)延遲設(shè)置和觸發(fā)重置，幾乎可以不受限制地設(shè)置觸發(fā)模式。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器有了這些特性，在帶寬性能可以遠(yuǎn)高于較模擬實(shí)時(shí)示波器；在觸發(fā)和采樣的配合下，數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)單次信號(hào)（低重復(fù)概率信號(hào)）的捕獲能力有巨大提升；對(duì)于信號(hào)的測(cè)試和分析能力也今非昔比……但是，在增強(qiáng)了對(duì)單次信號(hào)的捕獲、分析能力以后，也引入了難以避免的弱點(diǎn)，這主要體現(xiàn)在波形捕獲率和單調(diào)的顯示能力上。以下我們來(lái)說(shuō)明一下這些弱點(diǎn)：

數(shù)字存儲(chǔ)示波器的結(jié)構(gòu)上已經(jīng)決定，它必然工作在一種串行模式下——信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理，進(jìn)入ADC采樣；ADC的采樣數(shù)據(jù)在觸發(fā)系統(tǒng)的控制下送入采集內(nèi)存；采集內(nèi)存存滿以后，波形數(shù)據(jù)被送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；微處理器根據(jù)用戶需求，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算、分析；最后波形和分析結(jié)果被顯示在顯示器上（滾動(dòng)模式下工作流程略有不同，這里不做詳細(xì)描述）。在這個(gè)過(guò)程中：從信號(hào)調(diào)理、觸發(fā)監(jiān)控到ADC采樣，幾乎是實(shí)時(shí)的，不會(huì)影響工作效率；而數(shù)據(jù)從采集內(nèi)存?zhèn)鞯接?jì)算機(jī)系統(tǒng)、微處理器的處理、計(jì)算過(guò)程、最終的顯示，都會(huì)因?yàn)槭静ㄆ鞯臉?gòu)架不同而影響其實(shí)時(shí)性。其中最關(guān)鍵的部分是微處理器的處理過(guò)程。我們都知道，流行的示波器采樣率都會(huì)在每秒數(shù)十吉（GS/s），沒(méi)有任何一個(gè)通用的微處理器可以實(shí)時(shí)處理這樣的數(shù)據(jù)流，所以示波器微處理器的處理方式只能是“抓取一段、慢慢處理、控制顯示”，然后重復(fù)。這樣，在其“慢慢處理”的時(shí)間中，示波器將不能監(jiān)視波形，這也就是我們所說(shuō)的“死區(qū)時(shí)間”，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事件，是不會(huì)顯示在屏幕上的。為了衡量數(shù)字存儲(chǔ)示波器的死區(qū)時(shí)間占到總觀測(cè)工作時(shí)間的比例，我們引入“波形捕獲率”的概念，也就是示波器可以連續(xù)提供的每秒種內(nèi)捕獲并顯示的波形個(gè)數(shù)。此處的“波形”指一次觸發(fā)采集的全部信息。試驗(yàn)證明，業(yè)界波形捕獲率最高的高性能（帶寬1GHz以上）數(shù)字存儲(chǔ)示波器，大概波形捕獲率在8000次左右，其捕獲波形的總體時(shí)間大約占到總觀測(cè)時(shí)間的1～2％，也就是說(shuō)：全部信號(hào)的98％以上的細(xì)節(jié)，因示波器的死區(qū)時(shí)間而漏失掉了。

每個(gè)工程師都相信儀器提供了正確的信息，但很少有工程師會(huì)考慮到自己正在使用的示波器只能提供如此之少的波形細(xì)節(jié)——舉個(gè)例子，如果您觀測(cè)的信號(hào)里存在一種平均1秒發(fā)生一次的故障，那么數(shù)字存儲(chǔ)示波器1秒內(nèi)發(fā)現(xiàn)這個(gè)故障的概率只有不到2％，15秒內(nèi)發(fā)現(xiàn)的概率也只有大約26％。而事實(shí)上，由于開(kāi)發(fā)時(shí)間緊迫，一般工程師觀測(cè)一個(gè)信號(hào)的時(shí)間都不會(huì)超過(guò)10秒——結(jié)果，您只有不到1/4的幾率能夠捕獲這個(gè)故障并進(jìn)行有效調(diào)試。

幾乎所有的示波器廠商都意識(shí)到數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形捕獲率低這種缺陷，并且開(kāi)發(fā)出了很多提高示波器速度的方法。但是，無(wú)論在數(shù)據(jù)從采集內(nèi)存?zhèn)鞯轿⑻幚砥鲿r(shí)使用兩對(duì)1.25Gbps的千兆以太網(wǎng)鏈路的構(gòu)架，還是在顯示上采用顯示局部和抽點(diǎn)顯示的加速技術(shù)，都未能從最根本的問(wèn)題上解決吞吐率的問(wèn)題——串行的構(gòu)架中，微處理器是速度的瓶頸，只有完全改變串行結(jié)構(gòu)、解放微處理器，才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

在這個(gè)方面，泰克公司走在了行業(yè)的最前面，從一開(kāi)始就著手于串行構(gòu)架的改造。從上世紀(jì)90年代中期的InstaVu?到2006年初的實(shí)時(shí)DPO，基于并行構(gòu)架的第三代示波器：數(shù)字熒光示波器，從出現(xiàn)逐漸走向成熟。下圖是DPO數(shù)字熒光示波器的結(jié)構(gòu)圖：


圖3:數(shù)字熒光示波器結(jié)構(gòu)圖

從結(jié)構(gòu)可以看出，DPO數(shù)字熒光示波器的并行處理核心是DPX并行成像處理芯片。DPX完成了采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、光柵化和統(tǒng)計(jì)處理以生成三維數(shù)據(jù)庫(kù)。并且能把光柵化的波形圖像信息直接導(dǎo)入顯存。在這種構(gòu)架中，微處理器僅僅做顯示控制等工作，不再在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中充當(dāng)瓶頸。

DPO數(shù)字熒光示波器的并行結(jié)構(gòu)從根本上解決了DSO數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形捕獲率低、波形漏失嚴(yán)重的缺陷。DPO7000、DPO70000系列實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器的波形捕獲率可以達(dá)到250000wfm/s，DPO71000、DPO72000系列超高性能數(shù)字熒光示波器更可超過(guò)300000wfm/s，捕獲波形占總體信號(hào)的比例也最高可達(dá)60％（連續(xù)提供）；而且新一代的DPX采集也沒(méi)有了上一代“準(zhǔn)實(shí)時(shí)熒光示波器” 的最高1.25G實(shí)時(shí)采樣率的限制，而是可以工作在任何采樣率下，對(duì)信號(hào)的捕獲能力進(jìn)一步增強(qiáng)，是現(xiàn)在業(yè)界發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的較佳工具。下圖是三家不同廠商的同等級(jí)示波器同時(shí)觀測(cè)一個(gè)帶有偶發(fā)故障（約一秒鐘發(fā)生一次）的時(shí)鐘，15秒以后的情況?？梢钥吹剑谇懊鎯煞N示波器幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題的時(shí)候，泰克的數(shù)字熒光示波器（右圖）卻捕獲到了此間發(fā)生的多次故障，差別一目了然。


圖4: 對(duì)同一個(gè)信號(hào)觀察相同時(shí)間，DPO發(fā)現(xiàn)更多波形行為

DPX生成三位數(shù)據(jù)庫(kù)在顯示上也有巨大優(yōu)勢(shì)。這種由硬件緩沖器記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)可以保存波形的幅度、時(shí)間和隨時(shí)間變化的幅度（即各點(diǎn)信號(hào)出現(xiàn)的頻度）信息，無(wú)論在累計(jì)速度還是緩沖器深度（每點(diǎn)26bit）上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它廠商的軟件生成的數(shù)據(jù)庫(kù)。由此三位數(shù)據(jù)庫(kù)生成的顯示波形，可以以色溫、光譜、亮度等級(jí)等方式，同時(shí)告知用戶幅度、時(shí)間和信號(hào)出現(xiàn)的概率信息，效果非常類(lèi)似模擬示波器。

數(shù)字熒光示波器，擁有和模擬示波器相當(dāng)?shù)牟ㄐ尾东@率和顯示方式，對(duì)重復(fù)信號(hào)和有重復(fù)特性的信號(hào)（如數(shù)字信號(hào)、串行通信信號(hào)）的捕獲和觀測(cè)能力大大超越傳統(tǒng)數(shù)字存儲(chǔ)示波器，能顯著提高調(diào)試和驗(yàn)證的效率。同時(shí)，數(shù)字熒光示波器也具有數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)于單次捕獲信號(hào)的全部分析能力。而且，由于其構(gòu)架的優(yōu)勢(shì)，數(shù)字熒光示波器在測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試速度以及測(cè)試精度上都全面比較好于數(shù)字存儲(chǔ)示波器。

如何使用數(shù)字熒光示波器進(jìn)行高效的電路調(diào)試和驗(yàn)證，我們將在下兩章著重介紹。

第二章 使用實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器進(jìn)行調(diào)試——發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定位問(wèn)題、分析問(wèn)題

調(diào)試（Debug）的任務(wù)，是要檢查設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題：改正電路中的錯(cuò)誤，消除設(shè)計(jì)里的缺陷，使設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的功能，并優(yōu)化電路。

調(diào)試的一般過(guò)程，我們可以把它歸納為：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——定位問(wèn)題——分析問(wèn)題——解決問(wèn)題。萬(wàn)用表、示波器、邏輯分析儀等儀表都是重要的調(diào)試觀察工具。

使用示波器進(jìn)行調(diào)試，準(zhǔn)確、快捷、使用方便是每個(gè)使用者的要求。選用合適的工具來(lái)工作，可以起到事半功倍的效果。

隱藏在正常信號(hào)里的異常（偶發(fā)性故障），是調(diào)試電路錯(cuò)誤的一種關(guān)鍵對(duì)象。發(fā)現(xiàn)偶發(fā)性故障對(duì)于調(diào)試工具提出了很高的要求——調(diào)試工具的波形捕獲概率要足夠高，漏失率要足夠低，才能快速可靠地發(fā)現(xiàn)這些偶發(fā)的異常，為我們下一步定位問(wèn)題提供足夠的信息。正像圖四中看到的例子，一秒發(fā)生一次的故障，可能來(lái)自于時(shí)鐘電路的周期性失效，也可能源于其它電路的干擾。由于這種失效或者干擾的出現(xiàn)概率可能只有幾百萬(wàn)分之一甚至更低，所以對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)字存儲(chǔ)示波器不到2％的捕獲概率來(lái)講，要以比較高的置信度來(lái)發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。這時(shí)，數(shù)字熒光示波器的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)了，它高達(dá)數(shù)十萬(wàn)次的波形捕獲率和最高可超過(guò)60％的捕獲概率，可以幫助調(diào)試人員迅速“看到”問(wèn)題，減少在眾多正常信號(hào)里面搜尋故障的時(shí)間——結(jié)果，您可能只需要幾秒鐘，而不是數(shù)分鐘、數(shù)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間，就能發(fā)現(xiàn)令人頭痛的偶發(fā)性錯(cuò)誤。

事實(shí)上，偶發(fā)性故障對(duì)于調(diào)試人員來(lái)說(shuō)本來(lái)是未知的——在有限的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的概率越高，則調(diào)試的效率越高。這時(shí)數(shù)字熒光示波器的價(jià)值更加明顯——DPO觀測(cè)一段時(shí)間所獲得的信息量，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器可能需要數(shù)十倍甚至數(shù)百倍的時(shí)間才能完成。所以，DPO是現(xiàn)今數(shù)字示波器領(lǐng)域，能較快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的調(diào)試工具。還是圖四的例子，使用DPO觀測(cè)10秒鐘，發(fā)現(xiàn)一秒一次的故障的概率大約是99.99%。而使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器，達(dá)到同樣的捕獲概率需要約450秒，也就是七分半鐘，差別一目了然。從這種意義上來(lái)講，DPO提供的不僅僅是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比較好的效率，更加為調(diào)試人員增添了無(wú)以倫比的信心。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，完成了調(diào)試中關(guān)鍵的一步。下一步就是定位問(wèn)題。

在定位問(wèn)題上，業(yè)界有兩種方法：一種是使用長(zhǎng)內(nèi)存，抓取很長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量，然后通過(guò)肉眼觀測(cè)或者搜索插件來(lái)找到關(guān)心的問(wèn)題點(diǎn)；另一種是使用觸發(fā)，直接定位需要的的波形細(xì)節(jié)。這兩種方法，實(shí)際上是有其技術(shù)背景的：第一種方法是除了泰克公司以外的其它示波器生產(chǎn)商支持的——在沒(méi)有DPX并行處理技術(shù)，波形捕獲率低的情況下，“放大網(wǎng)，抓小魚(yú)”成了唯一的解決方案；加之這些廠商產(chǎn)品的高級(jí)觸發(fā)模式的觸發(fā)帶寬一般在800MHz以下，“抓取——篩選”也是這些示波器最容易實(shí)現(xiàn)的對(duì)高速信號(hào)“定位問(wèn)題”的方法。數(shù)字熒光示波器更傾向于后一種方法：在DPX波形捕獲技術(shù)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以后，使用得到的波形異常信息設(shè)置Pinpoint觸發(fā)系統(tǒng)的高級(jí)觸發(fā)條件，直接定位問(wèn)題。

調(diào)試時(shí)使用長(zhǎng)內(nèi)存加查找來(lái)定位問(wèn)題，好比是用攝像機(jī)攝錄下一段時(shí)間的風(fēng)景，然后再返回去查看所有記錄來(lái)搜索我們想看的景色；硬件觸發(fā)定位，類(lèi)似高性能照相機(jī)加準(zhǔn)確的快門(mén)設(shè)置，直接拍下我們關(guān)心的景色。兩種方法在效率上的優(yōu)劣一看自明。

另一方面，使用長(zhǎng)內(nèi)存來(lái)直接“定位問(wèn)題”，并沒(méi)有從根本上改善數(shù)字存儲(chǔ)示波器高漏失率的問(wèn)題。在圖四的例子里面，如果使用目前業(yè)界高速內(nèi)存最長(zhǎng)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，其可以提供最高20G的采樣率和100M存儲(chǔ)深度。您可以發(fā)現(xiàn)，即時(shí)使用全部100M存儲(chǔ)空間，在20G采樣率下只能無(wú)漏失地捕獲5ms長(zhǎng)度的波形；而處理這100M的數(shù)據(jù)，這種示波器通常需要幾秒到幾分鐘的時(shí)間，漏失概率高達(dá)99.5%以上。所以在不知道偶發(fā)故障主要參數(shù)的前提下使用長(zhǎng)內(nèi)存加搜索，其調(diào)試過(guò)程好比高射炮打蚊子，命中率極低。

DPO的高波形捕獲率，能在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號(hào)的異常，如毛刺、欠幅脈沖、建立/保持時(shí)間違規(guī)、邊沿速率或者單調(diào)性問(wèn)題等等，并能以色溫等方式告知其發(fā)生頻度。用戶使用基于DPX捕獲技術(shù)的快采（FastAcq）方式捕獲了這些問(wèn)題以后，就可以使用簡(jiǎn)單的如光標(biāo)測(cè)量等方式確定其主要參數(shù)，并將這些參數(shù)作為觸發(fā)條件，就可以直接定位故障了。

用來(lái)定位故障的觸發(fā)系統(tǒng)，各公司使用的技術(shù)也是不一樣的。雖然各個(gè)廠商均宣稱(chēng)在觸發(fā)系統(tǒng)上使用了SiGe的高速半導(dǎo)體技術(shù)，但是真實(shí)效果卻有待研判。泰克公司在中高端數(shù)示波器中使用的Pinpoint雙觸發(fā)系統(tǒng)，使用了完全的SiGe 技術(shù)，這種高帶寬、低功耗、低噪聲的半導(dǎo)體技術(shù)造就了Pinpoint觸發(fā)系統(tǒng)的強(qiáng)大性能：擁有業(yè)界較多的觸發(fā)模式——除了邊沿觸發(fā)外，還提供毛刺、欠幅脈沖、寬度、轉(zhuǎn)化時(shí)間、超時(shí)、碼型、狀態(tài)、建立/保持時(shí)間、窗口、通信相關(guān)觸發(fā)和串行碼型和解碼觸發(fā)等多種高級(jí)觸發(fā)模式；業(yè)界最高的觸發(fā)帶寬——前十大類(lèi)觸發(fā)模式的觸發(fā)帶寬都可高達(dá)9GHz，串行碼型觸發(fā)可支持高達(dá)3.125Gbps的碼流；業(yè)界較強(qiáng)大的組合觸發(fā)模式——通過(guò)時(shí)間延時(shí)或事件延時(shí)，以及時(shí)間/狀態(tài)/轉(zhuǎn)換復(fù)位控制，Pinpoint觸發(fā)系統(tǒng)可提供超過(guò)1400種組合觸發(fā)模式。所以該觸發(fā)系統(tǒng)可以幾乎不受限制地設(shè)置各種觸發(fā)條件。相比起來(lái)，其它廠商的示波器觸發(fā)系統(tǒng)，一般僅僅能在邊沿觸發(fā)這種繼承于模擬示波器的觸發(fā)模式上有可與示波器匹配的觸發(fā)帶寬。而在高級(jí)（智能、違規(guī)）觸發(fā)模式下，這些示波器一般僅能夠提供不高于800MHz的觸發(fā)能力。這對(duì)于當(dāng)前的高性能、超高性能示波器來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有任何意義。

有些調(diào)試人員可能會(huì)有這樣的疑問(wèn)：用DPX快采看到的故障，如果是不可重復(fù)的，那觸發(fā)系統(tǒng)再?gòu)?qiáng)大也捕獲不了??？不錯(cuò)，如果故障是單次的、不可重復(fù)的，那示波器是不能重新捕獲的。但是，您完全沒(méi)有必要擔(dān)心，事實(shí)上，純粹的不可重復(fù)故障并不是調(diào)試工作的任務(wù)，我們?cè)谡{(diào)試時(shí)也不必關(guān)心這種問(wèn)題。它可能源自一些非本電路的原因，如電力系統(tǒng)偶然失效、突發(fā)外部EMI干擾等——既然不會(huì)重復(fù)，我們?yōu)槭裁匆獡?dān)心呢？

當(dāng)然，如果調(diào)試人員已經(jīng)習(xí)慣使用長(zhǎng)內(nèi)存的方式定位故障，DPO也能勝任。實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器是現(xiàn)在業(yè)界內(nèi)存最長(zhǎng)、處理速度較快的產(chǎn)品。它能在每通道上提供100M存儲(chǔ)深度，單通道下最高可達(dá)400M。400M是一個(gè)非常優(yōu)秀的指標(biāo)，在20G采樣率下，400M存儲(chǔ)深度可以捕獲從工頻50Hz直到示波器滿帶寬的頻譜成份，這在高性能示波器里面還是首屈一指的。

下面就是分析問(wèn)題。示波器能提供的分析方法一般有：自動(dòng)測(cè)量、數(shù)學(xué)運(yùn)算、頻譜分析、濾波和其它分析。現(xiàn)代示波器一般都使用開(kāi)放式的Windows操作系統(tǒng)，較為容易實(shí)現(xiàn)分析功能的擴(kuò)展。

DPO提供的標(biāo)準(zhǔn)配置分析功能很多。在自動(dòng)測(cè)量方面，有關(guān)于幅度、時(shí)間、組合、直方圖和眼圖的53種測(cè)試項(xiàng)；在數(shù)學(xué)運(yùn)算方面，有數(shù)十種運(yùn)算符號(hào)可供調(diào)試人員自由編輯；頻譜分析方面，除了一般示波器可以提供的基本FFT頻譜分析儀外，DPO還提供高級(jí)的FFT分析，您可以設(shè)置中心頻率、頻譜跨度、分辨率帶寬和選擇合適的窗口函數(shù)（總共8種）；DPO也提供用戶自定義的FIR濾波器功能，用戶可以使用低通、高通、帶通、帶阻、平滑等濾波器。此外，泰克還提供幾十個(gè)免費(fèi)小插件，使用這些小插件，可以輕松實(shí)現(xiàn)諸如“觸發(fā)－存盤(pán)”、“測(cè)量－歸檔”這樣的自動(dòng)操作。另外，通過(guò)選件支持，用戶還可以進(jìn)行抖動(dòng)分析、功率測(cè)量等高級(jí)測(cè)量。

有幾個(gè)分析工具是值得注意的：第一個(gè)是快幀（FastFrame），它能將內(nèi)存分段，連續(xù)觸發(fā)，用戶可設(shè)置觸發(fā)捕獲次數(shù)。當(dāng)示波器捕獲用戶要求的次數(shù)后，每次捕獲的信息都存入內(nèi)存。用戶可以觀察每次捕獲的波形（觀察單個(gè)或者疊放），并且可以了解每次觸發(fā)的時(shí)間（精確到皮秒）。這個(gè)功能對(duì)測(cè)量故障或者低占空比脈沖信號(hào)的頻率和重復(fù)性有很大的幫助。和業(yè)界其它類(lèi)似功能相比，DPO的快幀功能擁有較快的連續(xù)觸發(fā)速率和準(zhǔn)確的定時(shí)精度；

第二個(gè)是DPX快采數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量功能。之前有人認(rèn)為DPX快采的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行測(cè)試。事實(shí)上，DPX采集生成的波形數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可以測(cè)量，而且由于其本來(lái)就有統(tǒng)計(jì)效果，所以該三維數(shù)據(jù)庫(kù)的信息用作重復(fù)信號(hào)或者有重復(fù)特性的信號(hào)的測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差（std. deviation）還較其它采集模式下小很多，亦即測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確。

在調(diào)試中，工作效率除了體現(xiàn)在快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、準(zhǔn)確定位問(wèn)題和精確測(cè)量外，儀器的易用性也十分重要?，F(xiàn)代示波器的功能越來(lái)越豐富，性能也日益強(qiáng)大，其操作也變得越來(lái)越復(fù)雜。為了讓調(diào)試人員專(zhuān)注于設(shè)計(jì)本身而不是測(cè)試儀器，DPO專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了用戶自定義操作界面的MyScope（我的示波器）和Windows風(fēng)格的鼠標(biāo)右鍵彈出菜單功能。MyScope使示波器操作人員可以根據(jù)自己的使用風(fēng)格和操作習(xí)慣，自由地將操作按鈕組合成自己需要的操作界面。這樣，MyScope操作面板可只包含用戶需要的按鈕，而其它不用的功能可以被完全忽略掉——于是用戶將不再在眾多復(fù)雜的菜單列表里尋找自己需要的功能——只要簡(jiǎn)單地打開(kāi)“我的示波器”操作界面即可。更加簡(jiǎn)便的是，MyScope的自定義過(guò)程是完全的圖形界面操作，您無(wú)須編寫(xiě)script，使用鼠標(biāo)拖拽即可。

鼠標(biāo)右鍵的彈出菜單，是用戶操作時(shí)，可以在顯示界面的特定位置（如測(cè)量結(jié)果、采集狀態(tài)、通道標(biāo)號(hào)、觸發(fā)方式等等）上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，即有與該位置所指示的參數(shù)相關(guān)的設(shè)置菜單彈出。熟悉Windows風(fēng)格的用戶可以使用這一功能，幾乎只用一只鼠標(biāo)就可以完成所有的示波器操作，效率倍增。

從以上幾點(diǎn)我們可以看到：采用DPX技術(shù)的DPO平臺(tái)示波器和傳統(tǒng)示波器相比，快速采集能夠較快較為可靠地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；Pinpoint硬件實(shí)時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)能夠更精確地定位問(wèn)題；FastFrame快采、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)學(xué)運(yùn)算、FIR濾波器等功能可以從各種角度分析問(wèn)題；同時(shí)，MyScope、鼠標(biāo)右鍵彈出菜單等可以提高操作效率，降低工作復(fù)雜程度。這些都讓DPO數(shù)字熒光示波器成為當(dāng)今業(yè)界功能較強(qiáng)大、效率最高、分析能力較強(qiáng)的調(diào)試工具。

下一章中，我們將介紹使用DPO數(shù)字熒光示波器進(jìn)行信號(hào)的驗(yàn)證。

第三章 使用實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器進(jìn)行驗(yàn)證——捕獲和分析

驗(yàn)證（Verification），就是測(cè)試設(shè)計(jì)是否和它對(duì)應(yīng)的各種標(biāo)準(zhǔn)（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者自定義標(biāo)準(zhǔn)）相符，以及有多少冗余量。驗(yàn)證和調(diào)試，是示波器的主要用途。

在使用示波器進(jìn)行調(diào)試時(shí)，我們關(guān)心的主要指標(biāo)是：

波形捕獲率——決定儀器能夠多快發(fā)現(xiàn)故障

觸發(fā)系統(tǒng)——決定儀器能夠多精確地定位故障

分析能力——決定儀器能夠從波形里提取出多少有用信息。

而在使用示波器進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，我們更關(guān)心的指標(biāo)是：信號(hào)保真度——決定采集的樣點(diǎn)是否能夠真實(shí)反映信號(hào)特性；采樣率和內(nèi)存深度——決定單次捕獲可以以多快的速度以及抓取多少樣點(diǎn)供驗(yàn)證測(cè)試；分析工具——決定深入分析的程度和準(zhǔn)確性。

信號(hào)保真度是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，涵蓋了示波器的帶寬、采樣率、內(nèi)插、抖動(dòng)噪底、本底噪聲、時(shí)間測(cè)量精度、探頭系統(tǒng)等多個(gè)方面。業(yè)界對(duì)此的討論很多，也有很多相關(guān)文章，所以本文不再做詳細(xì)分析，只強(qiáng)調(diào)示波器的頻率響應(yīng)對(duì)驗(yàn)證的影響。

頻率響應(yīng)，在示波器指標(biāo)上反映為帶寬和上升時(shí)間。帶寬表征的是示波器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)能力，而上升時(shí)間是瞬態(tài)相應(yīng)。經(jīng)驗(yàn)上，帶寬和上升時(shí)間（10～90％）的乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)和示波器的放大器模型有關(guān)。如高斯響應(yīng)的放大器模型，這個(gè)常數(shù)是0.35；而高性能的示波器放大器模型比較復(fù)雜，該常數(shù)一會(huì)在0.4~0.55之間。當(dāng)然，從用戶的角度看，這個(gè)常數(shù)應(yīng)該越小越好：常數(shù)越小，則表示相同的帶寬（穩(wěn)態(tài)響應(yīng)）下，該示波器的上升時(shí)間更快，也就是說(shuō)瞬態(tài)響應(yīng)更好；而上升時(shí)間一樣的情況下，乘積小的示波器需要的帶寬會(huì)相對(duì)低一些——而對(duì)示波器，帶寬和價(jià)格是正比的，也就是說(shuō)乘積小的示波器性價(jià)比更高。

我們驗(yàn)證測(cè)試對(duì)象一般都是脈沖（非正弦）信號(hào)，如通信信號(hào)、串行總線信號(hào)、高速脈沖信號(hào)、調(diào)制信號(hào)等等，所以示波器的瞬態(tài)響應(yīng)相比起來(lái)更加重要。泰克DPO示波器在相同帶寬下，能提供較快的上升時(shí)間，對(duì)于瞬態(tài)信號(hào)的測(cè)試非常有幫助。

另外一方面，高帶寬示波器的不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響到驗(yàn)證測(cè)試的正確性、精度和速度：

近幾年示波器帶寬不斷高速提升，如何在提升帶寬的同時(shí)，保證帶內(nèi)幅度響應(yīng)的平坦和相位響應(yīng)的線性，成了一個(gè)重要的問(wèn)題。有經(jīng)驗(yàn)的工程師都知道，要完全從硬件入手，是不可能得到理想的平坦幅度響應(yīng)和線性相位響應(yīng)的。所以在高性能示波器的放大器技術(shù)中，各大示波器生產(chǎn)商都在使用軟件提升帶寬和優(yōu)化響應(yīng)的DSP技術(shù)。DSP技術(shù)的使用，確實(shí)能得到比較理想的幅度和相位響應(yīng)，但是它并不是有利無(wú)害的。下圖是示波器對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)，藍(lán)色為完全的模擬響應(yīng)，而紅色是DSP處理后的響應(yīng)。

DSP提升、修正幅度和相位響應(yīng)后，示波器可以更加精確地測(cè)量上升時(shí)間、眼圖冗余等指標(biāo)，有利于對(duì)數(shù)字通信信號(hào)、計(jì)算機(jī)總線信號(hào)等的驗(yàn)證測(cè)試。但是從紅色的波形可以看到：虛線框部分，我們叫做“預(yù)過(guò)沖”，是一種不存在于現(xiàn)實(shí)信號(hào)中“假波形”，是由DSP處理產(chǎn)生出來(lái)的失真——對(duì)于階躍信號(hào)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有理由當(dāng)上升能量還沒(méi)有產(chǎn)生時(shí)，波形就開(kāi)始振蕩。所以當(dāng)使用示波器測(cè)量高速脈沖、激光脈沖或類(lèi)似信號(hào)時(shí)，DSP的處理就不再是測(cè)試人員期望的了——失真的波形錯(cuò)誤指示了各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的物理行為。

當(dāng)然，DSP還有其它一些問(wèn)題，如過(guò)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)的錯(cuò)誤顯示、較低的數(shù)據(jù)吞吐速度、DSP之前的原始數(shù)據(jù)無(wú)法導(dǎo)出等。所以當(dāng)用戶需要觀測(cè)過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（如脈沖頂端的過(guò)沖細(xì)節(jié)）、需要使用示波器采集的原始數(shù)據(jù)做自定義分析（如激光脈沖測(cè)量）或者需要較高的處理速度時(shí)，都要求示波器不使用DSP功能。

泰克在所有2.5GHz帶寬以上的DPO中都使用了DSP的頻響修正和通道匹配功能，DPO72004還有DSP的帶寬提升功能。但是泰克公司也深知DSP功能的利弊，所以在其它公司“悄悄”使用DSP功能時(shí)，泰克唯一讓用戶有了“知情權(quán)”和“控制權(quán)”，即用戶可以知道示波器是否正在使用DSP功能，同時(shí)還可以根據(jù)需要打開(kāi)或者關(guān)閉DSP提升功能。這樣，如進(jìn)行需要示波器原始采集數(shù)據(jù)的脈沖測(cè)試，用戶可以選擇關(guān)閉DSP功能；而進(jìn)行串行信號(hào)一致性測(cè)試時(shí)，泰克建議可以打開(kāi)DSP功能。


圖6: 幾種“帶寬”的定義圖示

除了應(yīng)用上需要注意以上這些事項(xiàng)以外，DSP功能還有一些要求。從上圖我們可以看到，DSP要求必須滿足奈奎斯特采樣率實(shí)時(shí)采樣。有一些廠家的示波器當(dāng)采樣率不滿足奈奎斯特帶寬時(shí)，會(huì)有難以預(yù)料的波形幅度失真，大多來(lái)自于這個(gè)原因。

同時(shí)，高性能示波器一般都是4通道。但是要在四個(gè)通道上同時(shí)實(shí)現(xiàn)標(biāo)定帶寬，還需要采樣率的支持。業(yè)界一般公認(rèn)2.5倍于帶寬的采樣率是保證帶寬的最低要求。這樣，如果使用8GHz以上的示波器做信號(hào)驗(yàn)證（一般都是單次采集），泰克的DPO可以同時(shí)在4條通道同時(shí)提供全帶寬性能（每通道50G的采樣率可以有效保證最高20GHz的帶寬），而采用共享放大器和ADC結(jié)構(gòu)的示波器較多只能在兩條通道上達(dá)到全帶寬指標(biāo)，有的甚至僅僅能保證一條通道的性能。

存儲(chǔ)深度方面，很多驗(yàn)證測(cè)試需要足夠的數(shù)據(jù)。如目前在高速串行信號(hào)的抖動(dòng)和眼圖測(cè)試過(guò)程中都要求一次捕獲大量的數(shù)據(jù)，以進(jìn)行精確的抖動(dòng)測(cè)量和預(yù)估，同時(shí)保證低誤碼率。以避免捕獲少量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的結(jié)果的偶然性和不確定性。類(lèi)如HDMI測(cè)試規(guī)范（CTS1.2 a Page 15）要求捕獲1百萬(wàn)個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行眼圖分析，則需要示波器兩通道在10Gs/S的采樣率下使用16M的存儲(chǔ)深度。FBD Sigtest（Release notes Page6）推薦捕獲1百萬(wàn)個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行眼圖分析.PCIE 2.0的規(guī)范（Page239）規(guī)定強(qiáng)制要求捕獲1Mlillion數(shù)據(jù)進(jìn)行眼圖抖動(dòng)分析。則需要示波器單通道在40Gs/S的采樣率下使用8M的存儲(chǔ)深度。

另一個(gè)例子：為了減少EMI的串?dāng)_和輻射，在大多數(shù)高速串行信號(hào)中均使用了加入了擴(kuò)頻時(shí)鐘（spread spectrum clock）,它可以使串行信號(hào)的速率在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行漂移，從而使其頻譜在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)擴(kuò)散，尖峰值顯著降低，可以有效減少EMI問(wèn)題。例如FBD規(guī)范（Page15）明確規(guī)定需要支持頻率很低的30-33K的頻率的擴(kuò)頻時(shí)鐘，其他如PCIE,SATAI,SATAII同樣要支持此功能。為了驗(yàn)證Motherboard上的諸如此類(lèi)的串行信號(hào)是否支持?jǐn)U頻時(shí)鐘，而且確認(rèn)其調(diào)制頻率是否在30-33K之間。就必須一次捕獲足夠長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)進(jìn)行頻率抖動(dòng)分析。一次抓取的采樣點(diǎn)數(shù)可以用下面的公式計(jì)算：每個(gè)擴(kuò)頻周期約位1/33k=30uS，由于是捕獲高速串行信號(hào)，采樣率至少為40Gs/S,即采樣間隔為25pS，則捕獲單個(gè)周期的總采樣點(diǎn)數(shù)為30uS/25ps=1.2M,為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的擴(kuò)頻時(shí)鐘的測(cè)量，一般建議捕獲10個(gè)以上的擴(kuò)頻時(shí)鐘周期,所以總的采樣點(diǎn)數(shù)為1.2M*10=12M.需要強(qiáng)調(diào)的是，此12M的存儲(chǔ)深度必須使用在40Gs/s或更高的采樣率下才有意義。

有些示波器設(shè)計(jì)時(shí)采用將高速采集前端（多達(dá)80顆ADC）和高速內(nèi)存在物理上用一顆SOC芯片實(shí)現(xiàn)，由于有太多功能在一個(gè)芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致片內(nèi)高速內(nèi)存容量的限制（在40GS/s下不大于2M），而且無(wú)法對(duì)內(nèi)存擴(kuò)展升級(jí)。為了彌補(bǔ)這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷，這類(lèi)示波器會(huì)采用在芯片外部添加低速存儲(chǔ)器彌補(bǔ)片內(nèi)高速內(nèi)存的限制，但外部存儲(chǔ)器不能在高采樣率下工作，一般只能提供2GS/s，樣點(diǎn)間隔500ps，無(wú)法在信號(hào)邊沿采集足夠樣點(diǎn)，甚至出現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)混疊，所以它無(wú)法提供高精度時(shí)間測(cè)試結(jié)果。泰克DPO可以提供每通道200M的存儲(chǔ)深度，且無(wú)任何使用限制，是業(yè)界最高的能力。這一能力讓使用DPO進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試的工程師在工作里游刃有余。

在分析工具方面，工程師一般會(huì)按優(yōu)先順序考慮以下三個(gè)方面：第一是準(zhǔn)，即分析工具能夠精確地得出結(jié)果；第二是全，即分析工具能夠盡可能多地完成要求的測(cè)試項(xiàng)；第三是快，即在保證“準(zhǔn)”和“全”的基礎(chǔ)上，分析工具還能迅速、自動(dòng)地工作，可以能夠生成標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試報(bào)告。

“準(zhǔn)”是第一要求，工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)文檔一般會(huì)推薦一些解決方案，這些解決方案通常是標(biāo)準(zhǔn)工作組正在使用的方案，當(dāng)然這類(lèi)方案可以滿足“準(zhǔn)”的要求。還有一些所謂的“執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)”，就是在標(biāo)準(zhǔn)工作組推薦的多個(gè)方案中，主要廠商或者行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者選擇的方案。這類(lèi)方案有較多的采用者，當(dāng)然使用這類(lèi)方案，可以得到業(yè)界最主要廠商的認(rèn)同，所遇到的兼容性問(wèn)題也最小。

建立在“準(zhǔn)”基礎(chǔ)上的“全”也是一個(gè)重要條件。一種分析工具，如果能夠提供盡可能多的測(cè)試項(xiàng)，可以還能用戶自定義測(cè)試點(diǎn)，那么將會(huì)為工程師帶來(lái)很大的便利。行業(yè)規(guī)范以及業(yè)界認(rèn)可的設(shè)備對(duì)驗(yàn)證測(cè)試非常重要，不同廠家的設(shè)備雖然都對(duì)外宣稱(chēng)可以支持某一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的一致性測(cè)試，但由于硬件平臺(tái)以及軟件實(shí)現(xiàn)方式的不同，使測(cè)試項(xiàng)目的完整性，覆蓋率以及測(cè)試結(jié)果存在很大差異。這種測(cè)試結(jié)果的差異會(huì)大大降低客戶對(duì)測(cè)試報(bào)告的認(rèn)可程度，對(duì)于OEM/ODM廠商這一點(diǎn)尤其需要重視。

“快”的要求，必須要建立在“準(zhǔn)”和“全”的基礎(chǔ)上——高效必須以質(zhì)量為前提。

以高速計(jì)算機(jī)總線測(cè)試為例，下表列出泰克的解決放案，其中大部分方案都是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所推薦的。值得注意的是，唯有泰克的DPO70000系列實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器可以涵蓋所有的標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試要求的帶寬：

另外，在通信規(guī)范的驗(yàn)證上，泰克的Pinpoint觸發(fā)系統(tǒng)提供通信相關(guān)觸發(fā)，它使用硬件時(shí)鐘恢復(fù)電路恢復(fù)高速串行數(shù)據(jù)的嵌入式時(shí)鐘，從而可以進(jìn)行等效眼圖測(cè)試。泰克示波器也是業(yè)界唯一可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)等效眼圖測(cè)試的實(shí)時(shí)示波器。

本文結(jié)論

本文回顧了示波器的發(fā)展歷程，通過(guò)對(duì)當(dāng)前示波器硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)探討了不同示波器在進(jìn)行高速測(cè)試時(shí)的差異性，數(shù)字存儲(chǔ)示波器，數(shù)字熒光示波器，以及針對(duì)不同測(cè)試需求必須考慮的因素等等。詳細(xì)討論了示波器的兩大應(yīng)用調(diào)試和驗(yàn)證。
示波器寬帶的定義

　　帶寬是示波器較為重要的一個(gè)指標(biāo)，它決定了這臺(tái)示波器測(cè)量高頻信號(hào)的能力。示波器的帶寬主要由前端的放大器等模擬器件的特性決定。對(duì)于一般的放大器來(lái)說(shuō)，其増益不可能在任何頻率下都保持一樣，示波器中使用的放大器也是如此。示波器中的放大器的工作頻點(diǎn)是從直流開(kāi)始的，其增益隨著輸入信號(hào)的頻率增高會(huì)逐漸下降。一般把放大器增益下降一3dB對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)稱(chēng)為這個(gè)放大器的帶寬，示波器的帶寬也是用同樣方法定義的(如下圖展示)。

　　對(duì)于一臺(tái)標(biāo)稱(chēng)帶寬為1GHz的示波器，假設(shè)輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的50MHz、1V峰峰值的正弦波信號(hào)，在示波器上測(cè)量到的信號(hào)幅度為A；然后將輸入信號(hào)的幅度保持不變，頻率逐漸增加到1GHz,這時(shí)在示波器上測(cè)量到的信號(hào)幅度為B。如果20lg的計(jì)算結(jié)果沒(méi)超過(guò)一3dB(例如為一2.8dBh)這臺(tái)示波器就是合格的，否則就是不合格的。對(duì)于示波器的帶寬檢定通常使用的也是這種方法?！　⌒枰⒁獾氖?，一3dB是按信號(hào)功率計(jì)算的，相當(dāng)于信號(hào)的功率增益下降1/2。示波器實(shí)際測(cè)量的是電壓信號(hào)，功率與電壓的平方成正比，所以一3dB相當(dāng)于示波器電壓的增益隨著頻率的増加下降到原來(lái)的0.707倍。因此，對(duì)于一個(gè)50MHz、1V峰峰值的正弦波信號(hào)，用1GHz帶寬的示波器測(cè)量到的幅度應(yīng)該是1V左右，而如果被測(cè)信號(hào)的幅度不變但是頻率増加到1GHz,這時(shí)測(cè)量到的信號(hào)幅度可能只有0.7V左右了?！　∈静ㄆ鞑⒉皇菍?duì)帶寬內(nèi)的所有頻率信號(hào)都保持相同的測(cè)量精度的，被測(cè)信號(hào)頻率越接近帶寬附近，測(cè)量結(jié)果的幅度誤差越大，如果這個(gè)幅度誤差超過(guò)了可以接收的范圍，就要考慮用更高帶寬的示波器進(jìn)行測(cè)量。另外示波器也不是絕對(duì)不可以對(duì)超過(guò)帶寬的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，如果被測(cè)信號(hào)的頻率只是稍微超過(guò)了示波器的帶寬，雖然信號(hào)的衰減會(huì)比較大，但大概的頻率、周期等時(shí)間信息還是比較準(zhǔn)確的（對(duì)正弦波信號(hào)）?！　≈劣诰唧w某個(gè)頻點(diǎn)衰減是多大，需要準(zhǔn)確知道示波器的頻響曲線。一般示波器廠商在公開(kāi)的場(chǎng)合只會(huì)提供帶寬指標(biāo)而沒(méi)有具體得獎(jiǎng)?lì)l響曲線，如果確實(shí)需要，可以通過(guò)用微波信號(hào)源配合功率計(jì)掃描得到這條曲線。

標(biāo)簽: 示波器
示波器 示波器寬帶的定義_示波器 【導(dǎo)讀】示波器使用前需要自校準(zhǔn)和需要探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)，執(zhí)行這種調(diào)節(jié)是使探頭匹配輸入通道。首次操作儀器時(shí)以及同時(shí)顯示多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要在垂直和水平方向上校



    示波器使用前需要自校準(zhǔn)和需要探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)，執(zhí)行這種調(diào)節(jié)是使探頭匹配輸入通道。首次操作儀器時(shí)以及同時(shí)顯示多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要在垂直和水平方向上校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以使時(shí)基、幅度和位置同步。例如，發(fā)生明顯溫度變化（>5°）時(shí)就需要進(jìn)行校準(zhǔn)。
    探頭自校準(zhǔn)的操作步驟如下：
    1、從通道輸入連接器上斷開(kāi)任何探頭或電纜。確保儀器運(yùn)行并預(yù)熱一段時(shí)間。RFile（文件）菜單中，選擇Selfalignment（自校準(zhǔn)）。
    2、在Control（控制）選項(xiàng)卡上，點(diǎn)擊StartAlignment（開(kāi)始校準(zhǔn)）。
    3、Ralignmentstate（整體校準(zhǔn)狀態(tài)）字段中。每個(gè)輸入通道各個(gè)校準(zhǔn)步驟的結(jié)果會(huì)顯示在Results（結(jié)果）選項(xiàng)卡中。
    探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)的操作步驟如下：
    1、將示波器探頭連接到通道，按前面板上的PRESET（預(yù)設(shè)）按鍵（左側(cè)面板設(shè)置區(qū)域中）
    2、檢查所顯示波形的形狀
    以上兩點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但往往是工程師忽略的。為了使測(cè)量更精確，請(qǐng)一定要注意檢驗(yàn)。這兩個(gè)校準(zhǔn)功能在任何示波器都應(yīng)該有。
    下面給大家介紹下在電源線測(cè)量檢定電源與其使用環(huán)境之間的交互情況。
    要注意的是，電源可以采用任何規(guī)格，從個(gè)人電腦中的小型風(fēng)扇盒，到工廠內(nèi)大小適中為設(shè)備提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，到為電話群和服務(wù)器群提供支持的大規(guī)模電源。
    每種電源都對(duì)饋電的輸入電源(一般是市政電源)有一定影響。
    為確定插入電源的影響，必須直接在輸入電源線上測(cè)量電源電壓和電流參數(shù)。





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