選擇合適的示波器進(jìn)行高速電路調(diào)試和驗(yàn)證

1. 通道數(shù)限制：當(dāng)使用不同通道時(shí)帶寬不同，3通道或4通道使用時(shí)僅僅提供6GHZ帶寬，ADC采樣率也有限制。

2. 頻譜“拼接”錯(cuò)誤：從幅頻特性圖可以看出，每一個(gè)頻率“拼接”點(diǎn)都有明顯的非線性，當(dāng)被測信號(hào)的頻譜分量在該區(qū)域時(shí)，示波器時(shí)域顯示的波形會(huì)出現(xiàn)波形失真。

3. 波形捕獲率低： 由于DBI技術(shù)需要軟件處理和“拼接”數(shù)字頻域的波形，數(shù)據(jù)量比較大時(shí)波形處理和顯示速度非常低。

4. 功能限制：當(dāng)DBI打開時(shí)，雖然單通道帶寬和ADC提升，但是觸發(fā)系統(tǒng)的帶寬無法通過DBI技術(shù)提升，最大僅為800MHZ，另外示波器的外參考輸入，垂直靈敏度的精細(xì)調(diào)整等功能都會(huì)由于DBI打開而受限。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器在觸發(fā)系統(tǒng)上也有很大的進(jìn)步。從結(jié)構(gòu)框圖上可以看到，數(shù)字示波器的觸發(fā)系統(tǒng)是完全獨(dú)立的一個(gè)以模擬電路為主的電路。高性能的觸發(fā)系統(tǒng)好比是照相機(jī)的快門，可以幫助測試人員準(zhǔn)確定位信號(hào)行為。針對(duì)各種特殊信號(hào)的特點(diǎn)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器可配備毛刺觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、過渡時(shí)間、通訊觸發(fā)、串行觸發(fā)、窗口觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、碼型出發(fā)和總線觸發(fā)等多種高級(jí)觸發(fā)模式。泰克的Pinpoint?觸發(fā)系統(tǒng)是當(dāng)前全業(yè)界最先進(jìn)的觸發(fā)系統(tǒng)，在邊沿觸發(fā)和高級(jí)觸發(fā)中使用完全的SiGe技術(shù)，所以觸發(fā)靈敏度都可到達(dá)到很高的水平，例如TDS6124C這款儀器，邊沿觸發(fā)和高級(jí)觸發(fā)的靈敏度都可以同時(shí)達(dá)到 3div@9GHz。這個(gè)雙觸發(fā)系統(tǒng)輔以觸發(fā)延遲設(shè)置和觸發(fā)重置，幾乎可以不受限制地設(shè)置觸發(fā)模式。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器有了這些特性，在帶寬性能可以遠(yuǎn)高于較模擬實(shí)時(shí)示波器；在觸發(fā)和采樣的配合下，數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)單次信號(hào)（低重復(fù)概率信號(hào)）的捕獲能力有巨大提升；對(duì)于信號(hào)的測試和分析能力也今非昔比……但是，在增強(qiáng)了對(duì)單次信號(hào)的捕獲、分析能力以后，也引入了難以避免的弱點(diǎn)，這主要體現(xiàn)在波形捕獲率和單調(diào)的顯示能力上。以下我們來說明一下這些弱點(diǎn)：

數(shù)字存儲(chǔ)示波器的結(jié)構(gòu)上已經(jīng)決定，它必然工作在一種串行模式下——信號(hào)經(jīng)過調(diào)理，進(jìn)入ADC采樣；ADC的采樣數(shù)據(jù)在觸發(fā)系統(tǒng)的控制下送入采集內(nèi)存；采集內(nèi)存存滿以后，波形數(shù)據(jù)被送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；微處理器根據(jù)用戶需求，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算、分析；最后波形和分析結(jié)果被顯示在顯示器上（滾動(dòng)模式下工作流程略有不同，這里不做詳細(xì)描述）。在這個(gè)過程中：從信號(hào)調(diào)理、觸發(fā)監(jiān)控到ADC采樣，幾乎是實(shí)時(shí)的，不會(huì)影響工作效率；而數(shù)據(jù)從采集內(nèi)存?zhèn)鞯接?jì)算機(jī)系統(tǒng)、微處理器的處理、計(jì)算過程、最終的顯示，都會(huì)因?yàn)槭静ㄆ鞯臉?gòu)架不同而影響其實(shí)時(shí)性。其中最關(guān)鍵的部分是微處理器的處理過程。我們都知道，流行的示波器采樣率都會(huì)在每秒數(shù)十吉（GS/s），沒有任何一個(gè)通用的微處理器可以實(shí)時(shí)處理這樣的數(shù)據(jù)流，所以示波器微處理器的處理方式只能是“抓取一段、慢慢處理、控制顯示”，然后重復(fù)。這樣，在其“慢慢處理”的時(shí)間中，示波器將不能監(jiān)視波形，這也就是我們所說的“死區(qū)時(shí)間”，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事件，是不會(huì)顯示在屏幕上的。為了衡量數(shù)字存儲(chǔ)示波器的死區(qū)時(shí)間占到總觀測工作時(shí)間的比例，我們引入“波形捕獲率”的概念，也就是示波器可以連續(xù)提供的每秒種內(nèi)捕獲并顯示的波形個(gè)數(shù)。此處的“波形”指一次觸發(fā)采集的全部信息。試驗(yàn)證明，業(yè)界波形捕獲率最高的高性能（帶寬1GHz以上）數(shù)字存儲(chǔ)示波器，大概波形捕獲率在8000次左右，其捕獲波形的總體時(shí)間大約占到總觀測時(shí)間的1～2％，也就是說：全部信號(hào)的98％以上的細(xì)節(jié)，因示波器的死區(qū)時(shí)間而漏失掉了。

每個(gè)工程師都相信儀器提供了正確的信息，但很少有工程師會(huì)考慮到自己正在使用的示波器只能提供如此之少的波形細(xì)節(jié)——舉個(gè)例子，如果您觀測的信號(hào)里存在一種平均1秒發(fā)生一次的故障，那么數(shù)字存儲(chǔ)示波器1秒內(nèi)發(fā)現(xiàn)這個(gè)故障的概率只有不到2％，15秒內(nèi)發(fā)現(xiàn)的概率也只有大約26％。而事實(shí)上，由于開發(fā)時(shí)間緊迫，一般工程師觀測一個(gè)信號(hào)的時(shí)間都不會(huì)超過10秒——結(jié)果，您只有不到1/4的幾率能夠捕獲這個(gè)故障并進(jìn)行有效調(diào)試。

幾乎所有的示波器廠商都意識(shí)到數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形捕獲率低這種缺陷，并且開發(fā)出了很多提高示波器速度的方法。但是，無論在數(shù)據(jù)從采集內(nèi)存?zhèn)鞯轿⑻幚砥鲿r(shí)使用兩對(duì)1.25Gbps的千兆以太網(wǎng)鏈路的構(gòu)架，還是在顯示上采用顯示局部和抽點(diǎn)顯示的加速技術(shù)，都未能從最根本的問題上解決吞吐率的問題——串行的構(gòu)架中，微處理器是速度的瓶頸，只有完全改變串行結(jié)構(gòu)、解放微處理器，才是解決問題的關(guān)鍵。

在這個(gè)方面，泰克公司走在了行業(yè)的最前面，從一開始就著手于串行構(gòu)架的改造。從上世紀(jì)90年代中期的InstaVu?到2006年初的實(shí)時(shí)DPO，基于并行構(gòu)架的第三代示波器：數(shù)字熒光示波器，從出現(xiàn)逐漸走向成熟。下圖是DPO數(shù)字熒光示波器的結(jié)構(gòu)圖：

圖3:數(shù)字熒光示波器結(jié)構(gòu)圖

從結(jié)構(gòu)可以看出，DPO數(shù)字熒光示波器的并行處理核心是DPX并行成像處理芯片。DPX完成了采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、光柵化和統(tǒng)計(jì)處理以生成三維數(shù)據(jù)庫。并且能把光柵化的波形圖像信息直接導(dǎo)入顯存。在這種構(gòu)架中，微處理器僅僅做顯示控制等工作，不再在數(shù)據(jù)處理過程中充當(dāng)瓶頸。

DPO 數(shù)字熒光示波器的并行結(jié)構(gòu)從根本上解決了DSO數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形捕獲率低、波形漏失嚴(yán)重的缺陷。DPO7000、DPO70000系列實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器的波形捕獲率可以達(dá)到250000wfm/s，DPO71000、DPO72000系列超高性能數(shù)字熒光示波器更可超過300000wfm/s，捕獲波形占總體信號(hào)的比例也最高可達(dá)60％（連續(xù)提供）；而且新一代的DPX采集也沒有了上一代“準(zhǔn)實(shí)時(shí)熒光示波器” 的最高1.25G實(shí)時(shí)采樣率的限制，而是可以工作在任何采樣率下，對(duì)信號(hào)的捕獲能力進(jìn)一步增強(qiáng)，是現(xiàn)在業(yè)界發(fā)現(xiàn)問題的最佳工具。下圖是三家不同廠商的同等級(jí)示波器同時(shí)觀測一個(gè)帶有偶發(fā)故障（約一秒鐘發(fā)生一次）的時(shí)鐘，15秒以后的情況?？梢钥吹剑谇懊鎯煞N示波器幾乎沒有發(fā)現(xiàn)任何問題的時(shí)候，泰克的數(shù)字熒光示波器（右圖）卻捕獲到了此間發(fā)生的多次故障，差別一目了然。

圖4: 對(duì)同一個(gè)信號(hào)觀察相同時(shí)間，DPO發(fā)現(xiàn)更多波形行為

DPX 生成三位數(shù)據(jù)庫在顯示上也有巨大優(yōu)勢。這種由硬件緩沖器記錄的數(shù)據(jù)庫可以保存波形的幅度、時(shí)間和隨時(shí)間變化的幅度（即各點(diǎn)信號(hào)出現(xiàn)的頻度）信息，無論在累計(jì)速度還是緩沖器深度（每點(diǎn)26bit）上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它廠商的軟件生成的數(shù)據(jù)庫。由此三位數(shù)據(jù)庫生成的顯示波形，可以以色溫、光譜、亮度等級(jí)等方式，同時(shí)告知用戶幅度、時(shí)間和信號(hào)出現(xiàn)的概率信息，效果非常類似模擬示波器。

數(shù)字熒光示波器，擁有和模擬示波器相當(dāng)?shù)牟ㄐ尾东@率和顯示方式，對(duì)重復(fù)信號(hào)和有重復(fù)特性的信號(hào)（如數(shù)字信號(hào)、串行通信信號(hào)）的捕獲和觀測能力大大超越傳統(tǒng)數(shù)字存儲(chǔ)示波器，能顯著提高調(diào)試和驗(yàn)證的效率。同時(shí)，數(shù)字熒光示波器也具有數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)于單次捕獲信號(hào)的全部分析能力。而且，由于其構(gòu)架的優(yōu)勢，數(shù)字熒光示波器在測試項(xiàng)目、測試速度以及測試精度上都全面領(lǐng)先于數(shù)字存儲(chǔ)示波器。

如何使用數(shù)字熒光示波器進(jìn)行高效的電路調(diào)試和驗(yàn)證，我們將在下兩章著重介紹。

第二章 使用實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器進(jìn)行調(diào)試——發(fā)現(xiàn)問題、定位問題、分析問題

調(diào)試（Debug）的任務(wù)，是要檢查設(shè)計(jì)中存在的問題：改正電路中的錯(cuò)誤，消除設(shè)計(jì)里的缺陷，使設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的功能，并優(yōu)化電路。

調(diào)試的一般過程，我們可以把它歸納為：發(fā)現(xiàn)問題——定位問題——分析問題——解決問題。萬用表、示波器、邏輯分析儀等儀表都是重要的調(diào)試觀察工具。

使用示波器進(jìn)行調(diào)試，準(zhǔn)確、快捷、使用方便是每個(gè)使用者的要求。選用合適的工具來工作，可以起到事半功倍的效果。