基于示波器多重觸發(fā)功能的串行測量
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觸發(fā)是在屏幕上播放穩(wěn)定的重復波形的關(guān)鍵，同時也為捕獲一次性事件提供了一個有效的工具。隨著數(shù)字示波器的出現(xiàn)，觸發(fā)功能得到了許多新的擴展。
大多數(shù)示波器提供了輔助觸發(fā)系統(tǒng)或“B”觸發(fā)器，允許用戶定義范圍更寬的條件。B觸發(fā)器等待主(褹)觸發(fā)發(fā)生，然后在越過自己的邊沿門限時觸發(fā)采集。這兩者可以結(jié)合使用，以設(shè)置某些相當復雜的觸發(fā)條件。例如，A可能在設(shè)備時鐘輸入線路上檢測到一個毛刺，如果在輸出上遇到上升沿或下降沿，可以觸發(fā)B。如果沒有這種轉(zhuǎn)換，那么毛刺可以忽略。這兩套條件結(jié)合使用，可以確定毛刺是否會引起不想要的狀態(tài)變化。
直到最近，B觸發(fā)功能一直限于邊沿檢測。但是對于復雜的新信號格式，特別是PCI Express和串行ATA等串行協(xié)議中使用的信號格式，需要觸發(fā)系統(tǒng)的功能與其待處理的信號之間更好地匹配。
這些快速新協(xié)議中的錯誤可能來自多個事件的綜合結(jié)果，如邏輯狀態(tài)、偏移、瞬變、上升時間問題等。有時，必需規(guī)定非常精確的條件范圍，以確定難以捕捉的錯誤。這要求觸發(fā)工具系列能夠分析更多的條件?？梢圆捎秒p觸發(fā)排列來解決這一問題，其中B觸發(fā)系統(tǒng)與A系統(tǒng)基本上相同。只是在許多情況下，A條件相對簡單，而在理想情況下，B觸發(fā)器應能夠評估比較復雜的一套指標，如只在其它邏輯信號處于規(guī)定狀態(tài)時才會有效的事件數(shù)量等。但是，相關(guān)觸發(fā)B一直缺乏A觸發(fā)系統(tǒng)的靈活性。因此大多數(shù)示波器僅提供了非常簡單的B觸發(fā)器。
讓兩個觸發(fā)器共同運行
圖1是簡化形式的全功能雙觸發(fā)系統(tǒng)。
圖1 全功能雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)
是否發(fā)生A事件。用戶可以規(guī)定邊沿、削幅脈沖或許多其它條件；
在A事件發(fā)生時正確的邏輯狀態(tài)(從最多兩個不同輸入中收集)是否生效；
是否滿足A觸發(fā)器和B觸發(fā)器之間的延遲條件。“延遲”可以用時間或事件數(shù)量表示；
是否發(fā)生B事件。這可以是建立時間/保持時間超限、削幅脈沖或A觸發(fā)器使用的同一類型列表中的任意選擇；
在B事件發(fā)生時正確的邏輯狀態(tài)(也從最多兩個不同輸入中收集)是否生效；
在整個過程中任何點上是否發(fā)生復位條件。復位將會繞過所有后續(xù)步驟，返回開頭。
通過以上條件的依次執(zhí)行明顯提高了觸發(fā)系統(tǒng)的靈活性。在同時考慮這兩種事件條件及邏輯判定符時，可能的組合數(shù)可以達到幾千種。這樣，用戶獲得了一系列編程選擇，從簡單的單個輸入上的邊沿門限，到使用兩個觸發(fā)器、邏輯判定及時間或事件數(shù)量的復雜公式。
源自電腦編程領(lǐng)域的IF-THEN-ELSE構(gòu)成了這類觸發(fā)結(jié)構(gòu)的概念模型。如圖1所示，這些語句還包括其它判定符(如A和B之間的定時器/計數(shù)器)。不管B事件是否發(fā)生，在A事件之后隨時都可以發(fā)生復位。
使用兩個觸發(fā)器找到一個脈沖
本文通過最新磁盤驅(qū)動器設(shè)計項目來介紹全面對稱的雙觸發(fā)系統(tǒng)。
本系統(tǒng)中，讀/寫電路中的一個單元設(shè)計成在每個有效系統(tǒng)寫入啟動(WE)周期中執(zhí)行一串32條寫入命令。圖2描述了較大的周期時間與導致數(shù)據(jù)寫入的各個脈沖的關(guān)系。
圖2 兩個觸發(fā)器捕獲偏離的寫入脈沖
一種解決方案是使用傳統(tǒng)邊沿觸發(fā)器采集多次重復的WE周期及相關(guān)的寫入脈沖順序，檢測每個WE周期的前沿，然后手動滾動通過數(shù)據(jù)，找到有問題的周期。這種方法耗時長，而且不能保證在示波器波形的存儲容量范圍內(nèi)錯誤脈沖只出現(xiàn)一次。工程師更希望的解決方案是只在發(fā)生33個脈沖周期時觸發(fā)采集。其好處在于，感興趣的周期將自動顯示在屏幕上，而不需麻煩的手動搜索。當然還會存儲觸發(fā)事件前和觸發(fā)事件后的相關(guān)數(shù)據(jù)，但是觸發(fā)發(fā)生的簡單事實證明了存在33個脈沖周期。
這也正是雙觸發(fā)系統(tǒng)必不可少的地方。在這種情況下，磁盤驅(qū)動器設(shè)計人員需要設(shè)置一個相關(guān)觸發(fā)器，其中WE信號的前沿(正向沿)作為A觸發(fā)事件，而后沿則作為復位條件。
在這一過程中，A事件啟動延遲計數(shù)器，計算脈沖數(shù)量。一旦產(chǎn)生了32個脈沖，它會使B觸發(fā)器監(jiān)測第33個脈沖。當檢測到特定脈寬時，B系統(tǒng)便設(shè)成觸發(fā)采集，這時，示波器觸發(fā)并記錄數(shù)據(jù)。如果沒有第33個脈沖，復位條件會重新準備A觸發(fā)器，再次啟動整個流程。
如果B觸發(fā)器只限于邊沿檢測，那么這種方法是不可能實現(xiàn)的。在這一過程中，不應忽視復位功能值，因為它決定著如果未能發(fā)生相應的A事件和B事件組合，示波器及其用戶不會一直等下去。
反常的第33個脈沖是電路中其它地方邏輯設(shè)計錯誤的結(jié)果。由于可靠的偏離脈沖檢測方法，設(shè)計人員能夠使用邏輯判定，進一步縮小觸發(fā)條件，進而找到故障所在。
檢測通路間偏移
許多串行通信技術(shù)開始時采用單通道串行傳輸結(jié)構(gòu)，后來又演變成增加多條同步傳輸通路，以提供更高的數(shù)據(jù)速率。這些通路并不以并行總線的方式同步，因為數(shù)據(jù)將在目的設(shè)備中重新對準。但是，通過串行鏈路傳送的相關(guān)數(shù)據(jù)分組之間允許的延遲或偏移有限定極限，不能遵守這一極限稱為“通路超限”。
在最基本的形式下，超限測量由其中一條數(shù)據(jù)流上觸發(fā)的一個字符與相鄰通路中的相對數(shù)據(jù)偏移組成。但偏移可能會隨著時間變化，在某個時間點位于容限范圍內(nèi)的通路在另一個時間點可能會越過邊界，所以關(guān)鍵是長期內(nèi)的偏移行為。
全功能雙觸發(fā)系統(tǒng)的示波器為監(jiān)測偏移變化提供了一個強大的工具。它可以檢測任何時間內(nèi)任意兩條通路之間的時間偏移，可以是幾ns，也可以是幾天。同時還可以在顯示屏上捕獲超出偏移時間范圍的事件，并使用儀器的采集計數(shù)器計算事件的數(shù)量。
圖3 串行通路偏移超限測量
A事件是通路0上的逗號字符。由于它具有可預測的脈寬，因此可以使用脈寬觸發(fā)格式檢測到逗號。
B事件是通路1中的逗號字符，通過在B系統(tǒng)中定義脈寬觸發(fā)器捕獲。
A觸發(fā)器和B觸發(fā)器之間的程控延遲設(shè)為16.8 ns，這是被測設(shè)備的技術(shù)指標。也既是窗口的“早期”邊界。
復位時間值設(shè)為24.8 ns，這是總線標準允許的容限，既是窗口的另一條邊界。
在這種情況下，如果檢測到A事件，那么在通路1的事件偏移落在16.8 ns和24.8 ns之間時將觸發(fā)B觸發(fā)器。如果在24.8 ns極限到期前沒有檢測到任何B事件，那么儀器將重新準備A觸發(fā)器，開始查找新的周期。在圖3中，通過采集發(fā)現(xiàn)兩條通路之間的偏移是19.8 ns。
監(jiān)測信標
許多串行通信設(shè)備通過傳輸由專門分組包的包頭和可變長度數(shù)據(jù)塊組成的“信標”信號，來表明其存在于通信信道上。有時這些設(shè)備會在錯誤狀態(tài)下開機，并會傳送一個信標，其中包含與設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的額外信息，這時可能會導致信標長于正常時長。而信標信號的最大長度是大多數(shù)設(shè)備指標的組成部分，因此必須檢查任何超限特點。具有全功能A觸發(fā)系統(tǒng)和B觸發(fā)系統(tǒng)的示波器可以解決這種測量問題。圖4是檢測到信標寬度超限時采集設(shè)置的屏幕圖。
圖4 檢測信標寬度超限
在“正確”信標信號的最大寬度上設(shè)置A-B的延遲時間。B觸發(fā)器直到延遲已過時才開始評估其條件，這時信標應該空閑。
B事件觸發(fā)器設(shè)置為超時。在觸發(fā)系統(tǒng)的語言中，也就是定義為沒有發(fā)生轉(zhuǎn)換的一段時間，換句話說是沒有信號。如果在應該為“無”時檢測到信標活動，B觸發(fā)器將會被觸發(fā)。
復位條件也用時間表示。它定義了測量感興趣的周期時的結(jié)束時間。設(shè)為3.0 ms，其主要作用是讓A觸發(fā)器準備另一次采集。
在上面匯總的觸發(fā)條件下，示波器將很容易地檢測到信標寬度錯誤，進而揭示出設(shè)計中的問題。
結(jié)語
以上應用實例依賴兩個強健的對稱觸發(fā)系統(tǒng)并排工作。這些實例說明了通過靈活的兩級觸發(fā)系統(tǒng)怎樣觀察在當前快速數(shù)字設(shè)備中產(chǎn)生信號和錯誤的復雜相關(guān)性。帶有對稱A觸發(fā)和B觸發(fā)的現(xiàn)代數(shù)字示波器為迎接這些棘手的測量挑戰(zhàn)及其它問題提供了理想的手段。
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