混合信號示波器在許多復(fù)雜測試中的應(yīng)用

背景分析當(dāng)代電子電路設(shè)計(jì)中，特別是嵌入式電路設(shè)計(jì)，面臨很多新技術(shù)的挑戰(zhàn)，如：更多的總線應(yīng)用，更高速的時(shí)鐘和數(shù)字信號，集成度更高的PCB設(shè)計(jì)，很多設(shè)計(jì)中還融入了RF功能。面對這樣的設(shè)計(jì)工作，工程師需要相應(yīng)的測試手段和工具，來完成比以往更加復(fù)雜的測試任務(wù)。為了解系統(tǒng)的整體工作特性，工程師只有同時(shí)測量模擬、數(shù)字信號，甚至包括總線信號，才能了解系統(tǒng)故障的原因和掌握信號和指令的時(shí)序和邏輯關(guān)系。

深入探究在許多復(fù)雜的測試方案中，示波器并不能為其提供足夠的通道數(shù)量。工程師要么在實(shí)驗(yàn)室中多找?guī)着_(tái)示波器，要么使用邏輯分析儀。但不管是哪種情況，復(fù)雜性都會(huì)明顯提高。例如數(shù)字設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的建立保持違規(guī)問題。傳統(tǒng)電路中的時(shí)鐘速度較低，對信號建立保持性能的余量較大。但隨著系統(tǒng)主頻的不斷增加，PCB設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜，建立保持違規(guī)問題越來越常見。檢測該問題需要設(shè)定一個(gè)通道為時(shí)鐘信號，另一個(gè)通道為數(shù)據(jù)信號，并設(shè)定相應(yīng)的時(shí)間范圍。但需要同時(shí)測量多路信號的建立保持問題時(shí)，傳統(tǒng)的示波器顯然無法滿足，需要帶有數(shù)字邏輯通道的示波器才能完成此類工作?；旌闲盘柺静ㄆ鳎∕SO）同時(shí)提供了模擬通道和數(shù)字通道，為應(yīng)對這類測量挑戰(zhàn)提供了理想的解決方案。如何解決混合信號示波器具有更多的通道和整體觸發(fā)分析功能，因此可以很好地解決上述問題。首先混合信號示波器的通道數(shù)更多，可以同時(shí)測試多路模擬、數(shù)字和總線信號。其次，多路信號在總線上時(shí)時(shí)間相關(guān)的，且可以利用總線數(shù)據(jù)的特征作為觸發(fā)條件，捕獲數(shù)據(jù)指令產(chǎn)生前的系統(tǒng)狀態(tài)，以及數(shù)據(jù)發(fā)出后的變化情況。由于具有多通道的特性，模擬加數(shù)字加總線信號，工程師可以做系統(tǒng)級的分析和調(diào)試。其中，羅德與施瓦茨公司的混合信號示波器擁有杰出的技術(shù)指標(biāo)和功能。其MSO的數(shù)字通道采樣率為5Gs/S，這意味可以發(fā)現(xiàn)更窄的毛刺，找出一些在其他示波器不能發(fā)現(xiàn)的高速數(shù)字異常。此外，200M的數(shù)字存儲(chǔ)長度也遠(yuǎn)高于其他競爭產(chǎn)品。擁有更長的存儲(chǔ)可以使用戶在同樣的高采樣率下，捕獲更長時(shí)間的信號，發(fā)現(xiàn)故障更加容易。RTO混合信號示波器的創(chuàng)新還包括對數(shù)字通道也擁有200，000次/秒以上的波形捕獲率（模擬通道的波形捕獲率為1，000，000次/秒）。如果數(shù)字通道可以快速捕獲和顯示波形，用戶就可以輕松發(fā)現(xiàn)多達(dá)16條通道上偶然出現(xiàn)的故障，極大簡化了多通道系統(tǒng)排障工作。另一項(xiàng)獨(dú)特的功能是混合信號與RF信號的相關(guān)測試，RTO示波器擁有強(qiáng)大的頻域分析功能，能夠完成一些通常只有頻譜分析儀才能做到的頻譜分析和頻域測量工作。另一方面，傳統(tǒng)的示波器一般只有4個(gè)通道，在調(diào)試電路時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多瓶頸。例如，即使調(diào)試簡單的8位單片機(jī)電路，也無法時(shí)間相關(guān)地同時(shí)觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出和多路IO信號，如果分時(shí)測試，則對偶發(fā)故障毫無辦法；出現(xiàn)故障時(shí)，要了解故障是否是在單片機(jī)或內(nèi)存芯片特定時(shí)候產(chǎn)生的，因?yàn)闆]有足夠的通道連到被測系統(tǒng)的控制信號上，無法知道故障產(chǎn)生時(shí)控制信號處于何種狀態(tài)；而在使用了FPGA的電路中，不僅測試管腳多，而且其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)更多，要驗(yàn)證其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，僅使用廠家提供的內(nèi)部邏輯分析儀或JTAG調(diào)試工具是不夠的，因?yàn)槟菢訜o法看到信號時(shí)序信息或信號完整性問題。除了通道數(shù)不夠，示波器本底噪聲過大，ADC分辨率和動(dòng)態(tài)范圍不夠；高帶寬示波器往往只兼顧高速信號的測試；沒有和示波器相匹配的多通道邏輯時(shí)序測試探頭，沒有專用的頻譜分析儀選件以及協(xié)議分析選件等都是傳統(tǒng)示波器面臨的問題。

　　示波器集高ADC位數(shù)（12位ADC）、高動(dòng)態(tài)范圍、多達(dá)36通道的數(shù)字邏輯探頭、專用頻譜分析儀選件、協(xié)議分析儀選件于一身，通過LBUS接口實(shí)現(xiàn)多通道示波器，通過8HP鍺化硅技術(shù)實(shí)現(xiàn)36GHz的芯片；采用DBI數(shù)字帶寬復(fù)用專利技術(shù)、ChannelSync通道同步專利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)65GHz和多達(dá)80個(gè)通道的精確同步；高帶寬示波器中還集成了高速信號測試接口和低速信號測試接口；集成的專用協(xié)議分析儀功能可實(shí)現(xiàn)各種低速總線、高速總線的協(xié)議層分析能力。難點(diǎn)分析怎樣讓調(diào)試更快速一直是終端示波器需要面對的一個(gè)難點(diǎn)，尤其怎么發(fā)現(xiàn)問題，抓住問題以及搜索這些問題的所在點(diǎn)。“泰克提供了很多不同的手段，允許客戶自定義很多不同的觸發(fā)條件以及搜索的條件，鎖定其所關(guān)注的事情或故障的位置，與高端頻譜儀的定位不同，混合域示波器（MDO）的頻譜儀定位在調(diào)測目的，其中有模擬信號、數(shù)字信號、射頻信號等來跟蹤信號的互相聯(lián)系。“MDO提供的價(jià)值在于它是一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)測工具，可以同時(shí)測試16個(gè)數(shù)字通道，4個(gè)模擬通道和1個(gè)射頻通道，測試這21個(gè)通道之間在時(shí)間上的關(guān)系?！蹦壳肮蚕頃r(shí)基和觸發(fā)的混合信號示波器最多支持16個(gè)邏輯通道，邏輯分析儀的功能相對簡單?？梢灶A(yù)見的是，未來的混合信號示波器將具有更高的數(shù)字采樣率和波形捕獲率，更強(qiáng)大的總線分析能力，模擬、數(shù)字甚至包括射頻信號的相互觸發(fā)和分析能力。安泰測試分析未來的三到五年內(nèi)，混合信號示波器仍會(huì)以示波器功能為主，邏輯分析儀功能為輔?；旌闲盘柺静ㄆ鲿?huì)出現(xiàn)在更高帶寬的示波器中，目前MSO9000A最高帶寬是4GHz，不久的將來會(huì)出現(xiàn)20GHz、25GHz、33GHz帶寬的混合信號示波器?；旌闲盘柺静ㄆ鞯倪壿嬐ǖ赖亩〞r(shí)采樣速率會(huì)不斷提升，目前示波器的采樣率已經(jīng)達(dá)到160GSa/s，邏輯通道的定時(shí)速率有機(jī)會(huì)達(dá)到或突破20GSa/s。邏輯通道的功能會(huì)增強(qiáng)，包括類似邏輯分析儀的圖形顯示，在圖形顯示基礎(chǔ)上再進(jìn)行其它數(shù)學(xué)處理如FFT等

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