揭開(kāi)測(cè)試測(cè)量的小秘密——每周一考 【第2周】

2、用示波器做總線協(xié)議分析與傳統(tǒng)協(xié)議分析儀的區(qū)別？

3、哪些技術(shù)可以提升示波器的響應(yīng)速度和波形捕獲率？它們有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

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1、 實(shí)時(shí)示波器的量程在低中端時(shí)沒(méi)有差別，在高端時(shí)出現(xiàn)差別，比如有三大示波器廠家的最高端示波器的最大量程分別為8V, 1.2V , 800mV , 通常高速示波器測(cè)量的高速信號(hào)幅度也很小，以計(jì)算機(jī)高速總線測(cè)量為例，這個(gè)指標(biāo)對(duì)哪些應(yīng)用有影響、哪些沒(méi)有影響？

(答案由安捷倫杜吉偉提供) 這個(gè)問(wèn)題可以分為兩部分，一是為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的差異，二是對(duì)哪些應(yīng)用有影響，對(duì)哪些沒(méi)有影響。

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的差異？實(shí)時(shí)示波器帶寬在達(dá)到16GHz或以上時(shí)，各個(gè)示波器廠家的差異主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體工藝上，如下圖所示，磷化銦(InP)半導(dǎo)體工藝的工作電壓在高頻時(shí)的工作電壓遠(yuǎn)高于IBM HP8硅鍺半導(dǎo)體工藝，這決定了最后的示波器量程用磷化銦工藝可達(dá)到8V峰峰值，而用硅鍺則只能達(dá)到1.2V或800mV 。 理論上，示波器前面增加衰減器可提升示波器的量程，但量程較低的兩個(gè)示波器廠家都沒(méi)有通過(guò)在示波器內(nèi)部增加衰減器的方法來(lái)提升量程，這是因?yàn)楣桄N示半導(dǎo)體工藝本來(lái)工作電壓低，示波器自身的信噪比難以提高，如果增加衰減器，會(huì)進(jìn)一步引入本底噪聲和幅頻特性、相頻特性的偏差。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，如果你外部使用一個(gè)衰減器，你無(wú)法知道加上它后，示波器的本底噪聲、幅頻特性、相頻特性、通道時(shí)延不確定度等的指標(biāo)會(huì)變成什么樣子，除非廠家提供你可信可靠的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

回到問(wèn)題的第二部分，量程是1.2V , 800mV的示波器對(duì)哪些應(yīng)用沒(méi)有影響，哪些有影響。如果是用戶可以使用探頭的應(yīng)用場(chǎng)合，只要探頭的工作電壓范圍允許，示波器自身的量程這一局限性就可以被掩蓋，這種方法的潛在缺點(diǎn)是，您可能浪費(fèi)了對(duì)高端示波器的資金投入，因?yàn)槟壳疤筋^最高帶寬遠(yuǎn)小于示波器帶寬，最高的是安捷倫提供的30GHz帶寬，其次是其它廠家的25GHz或20GHz探頭。

另一種應(yīng)用場(chǎng)合是一致性測(cè)試、必須使用測(cè)試夾具，也因此必須使用同軸電纜，這時(shí)示波器的量程就是一個(gè)制約條件，量程是800mV, 1.2V的示波器，一方面無(wú)法應(yīng)對(duì)信號(hào)幅度稍大的信號(hào)，另一方面，高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的地線難免有地跳動(dòng)，信號(hào)本身難免有過(guò)沖和下沖，這就制約了示波器的應(yīng)用場(chǎng)合，使得您難以把它當(dāng)作一臺(tái)通用儀器來(lái)使用，只能針對(duì)幅度很?。òㄟ^(guò)沖、下沖和地跳動(dòng)）的應(yīng)用。

不僅是計(jì)算機(jī)行業(yè)，有很多領(lǐng)域也只用電纜來(lái)連接，這時(shí)示波器的量程就會(huì)成為制約條件。

2、 用示波器做總線協(xié)議分析與傳統(tǒng)協(xié)議分析儀的區(qū)別？

(答案由安捷倫孫燈亮提供) 現(xiàn)在示波器的應(yīng)用軟件的發(fā)展方向之一是做串行總線的協(xié)議分析。

示波器做串行總線的協(xié)議分析的工作原理是：示波器正常采集波形，使用軟件或DSP的方式從捕獲的波形里提取協(xié)議內(nèi)容。這個(gè)協(xié)議內(nèi)容與傳統(tǒng)的協(xié)議分析儀的結(jié)果是一致的，而且可以同時(shí)看波形，同時(shí)調(diào)試協(xié)議。

但是主要不足是兩點(diǎn)：其一，除安捷倫9000、3000、7000、5000、6000系列，大部分示波器還沒(méi)法實(shí)現(xiàn)硬件（DSP方法）的協(xié)議觸發(fā)，特別針對(duì)高速串行總線，這樣在示波器的捕獲死區(qū)時(shí)間較大的情況下，很難保證捕獲的協(xié)議內(nèi)容是需要的協(xié)議內(nèi)容。

其二，示波器采用過(guò)采樣的方式，捕獲的協(xié)議內(nèi)容長(zhǎng)度有限，沒(méi)法很好的做軟件級(jí)的調(diào)試。

而傳統(tǒng)的協(xié)議分析儀就沒(méi)有這樣的問(wèn)題，具備復(fù)雜的觸發(fā)能力和足夠的存儲(chǔ)深度。而且一般還有訓(xùn)練器部分，不僅僅可以捕獲協(xié)議，還可以產(chǎn)生協(xié)議。
所以說(shuō)，示波器替代傳統(tǒng)協(xié)議分析儀還有很長(zhǎng)的路要走。

3、 哪些技術(shù)可以提升示波器的響應(yīng)速度和波形捕獲率？它們有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

(答案由安捷倫孫燈亮提供) 調(diào)試產(chǎn)品時(shí)，響應(yīng)速度、波形捕獲率率和解碼更新速率極為重要，尤其是當(dāng)嘗試找出并調(diào)試偶發(fā)或間歇發(fā)生的問(wèn)題時(shí)，這是很難解決的問(wèn)題。

現(xiàn)在，有三種典型的方法可以提升示波器的響應(yīng)速度和波形捕獲率：DPX技術(shù)，MegaZoom技術(shù)，FPGA技術(shù)

1）DPX技術(shù)：

與DSO一樣，輸入信號(hào)首先經(jīng)放大和ADC變換后得到信號(hào)的采樣值，采樣值經(jīng)過(guò)DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500*200像素、包含波形三維信息的完整流器波形圖，在不間斷捕獲過(guò)程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯存儲(chǔ)器發(fā)送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據(jù)顯示存儲(chǔ)器的內(nèi)容，在顯示屏上得到采集到的波形圖。實(shí)現(xiàn)"信號(hào)數(shù)字化→圖形化→顯示"這樣一種波形顯示方式。

DPO技術(shù)在提升波形捕獲率方面走了開(kāi)創(chuàng)性的一部，但是仍有很大的不足，主要是：只注重波形的快速顯示，不注重進(jìn)一步的測(cè)量和分析。如果要做進(jìn)一步的測(cè)量或分析，還需要示波器退出DPO模式或快速捕獲模式，到常規(guī)采集模式，再一次捕獲，再測(cè)量和分析。

2）MegaZoom技術(shù)：

MegaZoom 技術(shù)在每個(gè)通道中引入定制的專用集成電路，這個(gè)集成電路把存儲(chǔ)器分成2部分，采用乒乓的方式，邊采集邊處理，可以迅速將采集的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，并可以迅速地從存儲(chǔ)器中讀取和處理采集的數(shù)據(jù)，以進(jìn)行顯示和分析。這樣該儀器在訪問(wèn)所采集的數(shù)據(jù)時(shí)，可以即時(shí)響應(yīng)平移和縮放控制命令。

MegaZoom 技術(shù)將更新率、即時(shí)控制響應(yīng)以及深存儲(chǔ)器創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合，使能以高采樣率捕獲長(zhǎng)時(shí)間周期，并在停止或運(yùn)行時(shí)即時(shí)放大有關(guān)的波形細(xì)節(jié)。深存儲(chǔ)器、前面板響應(yīng)性以及顯示更新率組合到示波器中，無(wú)需特殊工作方式或存儲(chǔ)器深度選擇。

3）FPGA技術(shù)：

為了加快數(shù)字示波器的波形更新速率和測(cè)量運(yùn)算速率，現(xiàn)在的中高端示波器逐漸采用了FPGA技術(shù)加快信號(hào)處理。上圖是90000A示波器的硬件架構(gòu)，其中的IDA是集成數(shù)據(jù)加速處理器，是用FPGA實(shí)現(xiàn)的。先前，只把MegaZoom處理器軟核集成其中，現(xiàn)在則開(kāi)始把各種波形參數(shù)運(yùn)算、協(xié)議觸發(fā)和譯碼、FFT變換集成其中，這樣即使在大數(shù)據(jù)量運(yùn)算的情況下，仍然可以保證示波器的響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)處理速度。