復(fù)雜信號內(nèi)部捕獲所面臨的常見挑戰(zhàn)分析

為捕獲和找到復(fù)雜信號的適當(dāng)特點，設(shè)計工程師可能要用幾個小時的時間收集和分類數(shù)千次采集，以找到關(guān)心的事件。但是如果通過定義觸發(fā)，隔離所需的事件，只顯示事件發(fā)生時的數(shù)據(jù)，則可以大大加快這一過程。

例如，MSO/DPO5000、DPO7000C和DPO/DSA/MSO70000C/D系列示波器選配的可視觸發(fā)模塊就能掃描所有模擬波形采集，并與屏幕上的區(qū)域和幾何形狀進行對比，迅速簡便地識別所需的波形。本文將討論在復(fù)雜的信號內(nèi)部捕獲關(guān)心的事件所面臨的某些常見挑戰(zhàn)，以及怎樣使用可視觸發(fā)功能克服這些挑戰(zhàn)。

基本示波器觸發(fā)

示波器包含一條專用硬件電路，稱為觸發(fā)器，允許以可預(yù)測的方式采集和顯示時間相關(guān)的信號。通過在示波器顯示屏上在相同的水平位置顯示相同部分的輸入信號，觸發(fā)器可以靜止顯示重復(fù)波形。

邊沿觸發(fā)是最簡單的觸發(fā)模式，它識別越過指定門限電平的信號部分，然后把該交點放在顯示屏的觸發(fā)點上。高級觸發(fā)模式（包括欠幅脈沖觸發(fā)、毛刺觸發(fā)、脈寬觸發(fā)、超時觸發(fā)、跳變觸發(fā)、碼型觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、建立時間/保持時間違規(guī)觸發(fā)、窗口觸發(fā)、通信觸發(fā)、串行碼型觸發(fā)或事件順序觸發(fā)）允許指定更加復(fù)雜的信號特點。

但是，即使是最先進的示波器觸發(fā)硬件，識別的信號特點也是有限的，必須使用數(shù)字值指定這些特點，如電壓電平或脈寬。示波器是可視設(shè)備，許多工程師想以圖形方式與儀器互動，特別是在處理復(fù)雜信號時。

某些示波器允許工程師使用鼠標(biāo)或觸摸屏在顯示屏上畫一個“框”，定義圖形縮放、直方圖分析或測量門的區(qū)域?？梢曈|發(fā)選項擴展了這一功能，允許以圖形方式定義觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

可視觸發(fā)

可視觸發(fā)掃描所有采集的模擬波形，以圖形方式與顯示屏上的幾何形狀進行對比，迅速簡便地識別所需的波形事件。可視觸發(fā)丟棄采集中沒有滿足圖形定義的波形，把示波器的觸發(fā)功能擴展到傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)系統(tǒng)之上。

盡管可視觸發(fā)表面上與模板測試類似，都是以圖形方式比較采集的波形與顯示屏上的模板區(qū)域，但兩者有一個重要差別?？梢曈|發(fā)實際丟棄的是不滿足指定形狀的波形，因此只顯示、測量及保存滿足標(biāo)準(zhǔn)的波形以供參考。

可視觸發(fā)流程首先要設(shè)置示波器硬件觸發(fā)系統(tǒng)，在Normal觸發(fā)模式下采集波形。觸發(fā)可以是簡單的邊沿觸發(fā)，也可以是復(fù)雜的多狀態(tài)觸發(fā)、并行觸發(fā)、串行觸發(fā)或視頻觸發(fā)。這種觸發(fā)設(shè)置在可視觸發(fā)窗口中以圖形方式表示，如圖1所示，在硬件串行觸發(fā)后面是可視觸發(fā)。

可以使用鼠標(biāo)或觸摸屏，創(chuàng)建最多8個可視觸發(fā)區(qū)域，可以使用各種形狀（三角形、矩形、六邊形或梯形）指定所需的觸發(fā)特點。一旦在示波器顯示屏或格線上創(chuàng)建了形狀，可以重新放置形狀的位置，或動態(tài)重新確定形狀大小，創(chuàng)建理想的觸發(fā)條件。

每個可視觸發(fā)區(qū)域與一條特定的模擬輸入通道相關(guān)。在默認(rèn)情況下，這些區(qū)域是矩形，在創(chuàng)建時與“選擇的通道”有關(guān)。一旦創(chuàng)建，工程師可以改變區(qū)域形狀、相關(guān)通道及信號是否必須落在區(qū)域內(nèi)還是落在區(qū)域外。

最后，工程師可以編寫邏輯公式，說明可視觸發(fā)怎樣使用各種區(qū)域，確定顯示哪些采集的波形、丟棄哪些采集的波形。例如，圖1所示的公式“（（C1 IN A1） （C1 INA2））”指明了來自通道1的信號樣點必須位于區(qū)域A1內(nèi)，來自通道1的信號樣點必須落在區(qū)域A2內(nèi)。

圖1.可視觸發(fā)控制窗口。

在基本了解了可視觸發(fā)之后，現(xiàn)在結(jié)合下面這些應(yīng)用實例來深入理解。

我們首先以圖2中所示的I2C時鐘為例。時鐘脈沖發(fā)生在8個以上的突發(fā)中。正常情況下，可以使用邊沿觸發(fā)或脈寬觸發(fā)，把脈沖穩(wěn)定在畫面中心。但畫面其余部分顯示不同長度的突發(fā)重疊在一起。示波器怎樣只捕獲由8個時鐘周期組成的隔離突發(fā)呢？

圖2. 突發(fā)的邊沿觸發(fā)I2C時鐘信號。

可以使用可視觸發(fā)輕松完成這一操作。通過在第一個脈沖前面畫一個“Must be outside”（必須落在外面）區(qū)域，在第8個脈沖后面畫一個“Must be outside”（必須落在外面）區(qū)域，如圖3所示，工程師可以定義可視觸發(fā)設(shè)置，只捕獲指定的突發(fā)寬度。

圖3. 突發(fā)寬度可視觸發(fā)。

注意圖3畫面左上角顯示的可視觸發(fā)公式“（（C1 OUTA1） （C1 OUT A2））”。這個公式提供可視觸發(fā)運算的邏輯描述。在默認(rèn)狀態(tài)下，可視觸發(fā)公式把多個邏輯要素“AND”在一起。這種默認(rèn)行為通常適用于簡單的應(yīng)用。

可視觸發(fā)通過指定最多8個不同區(qū)域，并把每個區(qū)域與示波器任意模擬輸入信號關(guān)聯(lián)起來，限定觸發(fā)設(shè)置。本例中仍以I2C信號為例，區(qū)域1為串行信號提供成幀，要求時鐘（黃色通道1信號）在擴展的時間周期內(nèi)保持空閑。然后其余7個區(qū)域用來指定串行數(shù)據(jù)碼型（青色通道2信號）。

在圖4所示實例中，數(shù)字碼型為101 0100，在時鐘信號的上升沿采樣?？梢哉{(diào)節(jié)該數(shù)據(jù)碼型區(qū)域的水平位置，對應(yīng)時鐘邊沿周圍有效地建立時間和保持時間，可以調(diào)節(jié)區(qū)域的垂直長度和位置，對應(yīng)有效的高邏輯電平和低邏輯電平。在調(diào)節(jié)每個區(qū)域的尺寸和位置時，將顯示矩形每一側(cè)的電壓值和時間值，協(xié)助精確定位。

圖4. 101 0100 I2C 串行數(shù)據(jù)碼型上的串行觸發(fā)。

布爾邏輯觸發(fā)限定

某些應(yīng)用要求的可視觸發(fā)邏輯要比把所有可視觸發(fā)區(qū)域結(jié)果簡單地“AND”在一起復(fù)雜。在下面的實例中，在信號成幀后，示波器可以設(shè)置成在2位串行數(shù)據(jù)碼型“01”或“10”發(fā)生時觸發(fā)采集，這可以表達(dá)為：

使用邏輯OR （‘|’）函數(shù)時：

（（（C2 OUT A2） （C2 IN A3）） | （（C2 IN A2） （C2 OUT A3）））

使用邏輯XOR （‘^’）函數(shù)時簡化為：

（（C2 IN A2） ^ （C2 IN A3））

數(shù)字信號監(jiān)測，找到偶發(fā)異常事件

可視觸發(fā)概念可以擴展到監(jiān)測信號中偶發(fā)的或查找困難的異常事件。如圖5中的FastAcq模式所示，10Mb/s數(shù)據(jù)信號有偶發(fā)毛刺和欠幅脈沖，可以使用標(biāo)配毛刺或欠幅脈沖硬件觸發(fā)捕獲這些異常事件。但是，如圖6所示，由于使用可視觸發(fā)時提供了各種形狀，因此可以同時監(jiān)測、然后捕獲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號上各種異常事件。

圖5. 數(shù)據(jù)信號上的間歇性異常事件。

圖6. 可視觸發(fā)捕獲異常事件。

可視觸發(fā)的DDR眼圖

對存儲檢驗應(yīng)用，可視觸發(fā)可以幫助區(qū)分排列的DDR存儲陣列內(nèi)部多個列的信號。

圖7是DDR3閘門信號（黃色通道1信號）和數(shù)據(jù)信號（青色通道2信號）的眼圖畫面。由于總線上多個器件共享DDR3數(shù)據(jù)線和閘門線，因此閘門眼圖和數(shù)據(jù)眼圖有兩個不同的幅度電平。較高的幅度對應(yīng)存儲器陣列內(nèi)部的目標(biāo)列，較低的幅度對應(yīng)另一列。在這種檢驗測試中，需要在眼圖中采集數(shù)百萬個數(shù)據(jù)位，但需要采集的只是來自所需列或目標(biāo)列的位。

圖7. 限定前的眼圖。

為只評估目標(biāo)列的眼圖，我們使用可視觸發(fā)，只捕獲和顯示來自目標(biāo)列的信號。如圖8所示，方形區(qū)域A1和A2的位置不包括較低幅度的閘門信號，六邊形區(qū)域A3放在眼圖中心，尺寸不包括較低幅度的數(shù)據(jù)信號。通過使用可視觸發(fā)，所需列的信號分析可以隔開，分析起來針對性更強。