測試測量關鍵基礎之示波器（二）

　　根據(jù)用戶的需求，還可以對這些樣本點進一步后處理。后處理任務包括算數(shù)功能（例如求平均值）、數(shù)學運算（例如FIR濾波）、自動測量（例如上升時間或下降時間）以及分析功能（例如直方圖或模板測試）。其他后處理例如還包括協(xié)議解碼、抖動分析和矢量信號分析等等。

　　對于數(shù)字示波器而言，基本上對波形樣本執(zhí)行的處理步驟沒有任何限制。這些后處理功能或者使用軟件通過該儀器的主處理程序執(zhí)行，或者使用專用的ASIC或FPGA硬件執(zhí)行，具體取決于示波器的結構。最終結果隨后通過示波器的顯示屏呈現(xiàn)給用戶。

　　從圖1和圖2中可以看到R&S RTO系列示波器和傳統(tǒng)數(shù)字示波器的在信號處理過程上的區(qū)別，它使用了專門獨立開發(fā)的ASIC芯片RTC和FPGA來實現(xiàn)波形樣本的后處理，如通道校準、樣本抽取、數(shù)字濾波、math、直方圖測量、模板測試以及FFT、自動測量、協(xié)議解碼等等，大大降低了主處理器的工作負荷，同時在RTO芯片中用數(shù)字觸發(fā)取代了模擬觸發(fā)電路，消除了模擬觸發(fā)電路帶來的觸發(fā)抖動，傳統(tǒng)的中高端示波器為了減小這部分抖動，需要大量的DSP后處理。硬件結構上的創(chuàng)新，極大的縮短了RTO示波器波形樣本后處理所耗費的時間。

　　示波器從信號采樣捕獲到波形樣本的處理顯示這一周期，稱為捕獲周期，在前一個捕獲周期結束后，示波器才能夠捕獲下一個新波形。所以，數(shù)字示波器將捕獲周期的大部分時間都用于對波形樣本的后處理上，在這一處理過程中，示波器就處于無信號狀態(tài)，無法繼續(xù)監(jiān)測被測信號。從根本上來說，死區(qū)時間就是數(shù)字示波器對波形樣本后處理所需要的時間。

　　死區(qū)時間和捕獲周期及波形捕獲率關系

　　圖3顯示了一個波形捕獲周期的示意圖。捕獲周期由有效捕獲時間和死區(qū)時間周期組成。在有效捕獲時間內，示波器按照用戶設定波形樣本數(shù)進行捕獲，并將其寫入采集存儲器中。捕獲的死區(qū)時間包含固定時間和可變時間兩部分。固定時間具體取決于各個儀器的架構本身?？勺儠r間則取決于處理所需的時間，它與設定的捕獲樣本數(shù)（記錄長度）、水平刻度、采樣率以及所選后處理功能（例如，插值、數(shù)學函數(shù)、測量和分析）多少都有直接關系。死區(qū)時間和捕獲周期之比死區(qū)時間比也是示波器的一個重要特性，捕獲周期的倒數(shù)就是波形捕獲率。

　　圖3：數(shù)字示波器的一個捕獲周期。

　　例如，如果有效捕獲時間是100ns（樣本數(shù)為1k，采樣率為10G），而死區(qū)時間是10ms，那么整個捕獲周期所用的時間是10.0001ms。由此得到的死區(qū)時間比是99.999%，而波形捕獲率是每秒不到100個波形。目前市場上大部分示波器在常規(guī)測量模式下面的波形捕獲率都在幾百次的量級，R&S公司最新的RTO系列示波器在同等條件下可以實現(xiàn)最高1，000，000次的波形捕獲率，死區(qū)時間比可以降低到90%一下，遠遠要高出其他示波器。有些帶寬≤1G的示波器在其最高采樣率下，可以達到50，000次/秒的波形捕獲率，其死區(qū)時間比也高達99.5%以上。

　　死區(qū)時間和波形捕獲率對測量結果的影響

　　很多工程師在硬件調試過程中可能遇會到過這樣的情形：在調試的后期階段，電路板主要器件的焊接基本完成，在進行功能驗證過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)一運行沒多久就會出故障，但是通過示波器查看關鍵的時鐘和使能信號都“沒有問題”，最終將故障原因定為在軟件原因，然后逐行檢查代碼，進行軟件優(yōu)化?，F(xiàn)在已經(jīng)對示波器的死區(qū)時間已經(jīng)有了清晰的認識，對于上面的情形還有一種可能就是示波器漏掉了導致系統(tǒng)故障的偶發(fā)信號，圖4可以很形象的說明這一問題：

　　圖4：示波器死區(qū)時間導致丟失關鍵偶發(fā)信號。

　　由于示波器死區(qū)時間的存在，導致示波器可能漏掉關鍵的異常信號，而給用戶顯示一個帶有欺騙性的結果，最終誤導用戶的判斷，會大大延長調試時間，降低調試效率。

　　根據(jù)公式1，如果波形捕獲時間（即，樣本數(shù)×分辨率，或10×水平刻度）、波形捕獲率和信號事件發(fā)生速率（例如脈沖干擾的重復速率）均已確定，那么增加測量時間，會加大捕獲并顯示信號事件的概率：

　　公式 1：

　　P：捕獲偶發(fā)重復信號事件的概率［單位是%］

　　GlitchRate：信號故障頻率（例如，重復脈沖干擾）［單位是1/s］

　　T：有效捕獲時間或波形顯示時間（記錄長度/采樣速率，或記錄長度×分辨率，或10×時間量程/格）［單位是s］

　　AcqRate：波形捕獲率［單位是wfms/s］

　　Tmeasure：測量時間［單位是s］

　　如果知道概率，對公式1進行變換，可以計算捕獲該偶發(fā)信號所需時間：

　　公式2：

　　假定某個信號帶一個有每秒重復10次的異常。該信號本身以數(shù)據(jù)形式顯示在示波器上，所采用的水平刻度為10ns/div。如果所用顯示屏有10個水平格，則可以計算100ns的有效捕獲時間。為了確保捕獲所需信號事件的置信度較高，需要使用99.9%的概率。現(xiàn)在，所需的測試時間取決于示波器的波形捕獲率。下表統(tǒng)計了幾種不同的波形捕獲率所對應的所需測試時間。

　　表1：在概率為99.9%（T=100ns，GlitchRate=10/s）的條件下，捕獲重復異常信號所需時間。

　　雖然R&S的RTO系列示波器在該條件下的死區(qū)時間比還有接近90%左右，但是相比于其他死去時間比在99.5%以上的示波器，其發(fā)現(xiàn)偶發(fā)異常信號能力確是成數(shù)量級的上升，可以幫助工程師極大的提高調試效率。試問：有幾位工程師在檢查每一個信號時可以在示波器上看超過7秒鐘時間呢？

　　前面也提到，波形捕獲率和水平刻度、記錄長度、采樣率的設置都有關系，在實際測量中，如何根據(jù)實際的被測信號在這些參數(shù)設置中找到一個平衡點，以最高的捕獲概率查看波形，提高調試效率，這是工程師在數(shù)字示波器使用過程中需要考慮的問題，這一部分會在以后文章中專門討論。

　　四、簡述兩種示波器測量眼圖的差別

　　簡述兩種示波器測量眼圖的差別

　　中心議題：

　　力科示波器進行眼圖測量

　　新舊兩款軟件包使用方法不同

　　力科示波器捕獲了50MS的數(shù)據(jù)，并一次性地對所有這些數(shù)據(jù)進行眼圖測量，得到了18.73449M個比特位（UI）的眼圖。如下圖所示。