混合信號(hào)示波器快速、精確測(cè)試嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：嵌入式設(shè)計(jì)在各種各樣的先進(jìn)電子設(shè)備中發(fā)揮著不可或缺的作用，包括從移動(dòng)電話和MP3播放器到醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)控制系統(tǒng)。此外，處理器單元、各種模擬和數(shù)字功能塊也大量使用。當(dāng)定時(shí)相關(guān)很關(guān)鍵時(shí)，在不同功能塊中同時(shí)進(jìn)行信號(hào)分析，是開發(fā)和測(cè)試這類系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)。然而，羅德與施瓦茨公司(R&S) RTE混合信號(hào)示波器非常適合完成這項(xiàng)任務(wù)。

　　除了模擬通道，先進(jìn)的混合信號(hào)示波器也包括用來分析數(shù)字邏輯狀態(tài)和協(xié)議信息的數(shù)字通道。在對(duì)新模塊進(jìn)行初始化操作時(shí)，嵌入式設(shè)計(jì)開發(fā)人員需要執(zhí)行一系列各類測(cè)量。除了串行和并行數(shù)據(jù)總線上的數(shù)字信號(hào)以外，還需要分析來自如A/D轉(zhuǎn)換器和電源這類組件的模擬信號(hào)。由于開發(fā)周期不斷縮短，盡快完成這類分析工作的壓力持續(xù)增加。這就是為什么能夠提供可靠測(cè)量結(jié)果的全面綜合測(cè)量工具對(duì)今天的開發(fā)人員至關(guān)重要的原因。

　　圖1顯示為包含A/D轉(zhuǎn)換器的模塊。本篇文章將討論如何使用先進(jìn)的混合信號(hào)示波器(Mixed Signal Oscilloscope, MSO)高效分析這類模塊。這里重要的是評(píng)估模擬信號(hào)特性，以及A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)質(zhì)量。就其數(shù)字電路而言，A/D轉(zhuǎn)換器輸出必須正常工作，SPI控制指令必須正確解碼。當(dāng)然，時(shí)鐘信號(hào)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器正常運(yùn)行也起重要作用。最后，必須測(cè)試電源質(zhì)量。

　　快速表征模擬信號(hào)

　　作為調(diào)試過程的第一步，用示波器觀察主要感興趣信號(hào)，本例是A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)，看看信號(hào)中是否存在如毛刺或矮脈沖之類的任何罕見故障。R&S RTE先進(jìn)數(shù)字示波器提供高達(dá)每秒1百萬個(gè)波形的高波形捕獲率，能夠以很高概率快速地定位并消除系統(tǒng)缺陷。

　　R&S RTE QuickMeas功能使用戶能夠快速瀏覽信號(hào)特征。對(duì)于選擇的信號(hào)，QuickMeas同時(shí)顯示多個(gè)用戶定義測(cè)量參數(shù)的結(jié)果。圖2顯示同時(shí)測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)的頻率、峰峰值電壓和RMS值。如果用戶想要測(cè)量的參數(shù)不在QuickMeas測(cè)量結(jié)果之列，則可以激活附加的自動(dòng)測(cè)量功能，包括參數(shù)統(tǒng)計(jì)。高波形捕獲率和處理速度對(duì)統(tǒng)計(jì)分析來說至關(guān)重要，因此，即使是復(fù)雜的測(cè)量也能快速處理。

　　除了基波和諧波，R&S RTE可以檢測(cè)和分析信號(hào)頻譜中其他的影響和干擾因素，如突發(fā)信號(hào)或間歇信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)檢測(cè)和精細(xì)測(cè)量，示波器必須有低噪聲的模擬前端，該前端要有寬動(dòng)態(tài)范圍和沒有帶寬限制的高輸入靈敏度。R&S RTE提供的FFT功能使用戶工作起來更加輕松：操作只需輸入中心頻率、頻率帶寬和分辨率帶寬。

　　并行數(shù)據(jù)總線分析

　　集成化邏輯分析使得示波器能顯示與模擬波形時(shí)間相關(guān)的數(shù)字信號(hào)。R&S RTE混合信號(hào)選件將示波器轉(zhuǎn)換成具有16條數(shù)字通道且易于使用的MSO示波器。在本例中，A/D轉(zhuǎn)換器輸出有9路信號(hào)(對(duì)應(yīng)8個(gè)數(shù)據(jù)位和時(shí)鐘信號(hào))。針對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的有效沿來確定總線的邏輯狀態(tài)。用戶根據(jù)實(shí)際總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置并行總線，定義哪些數(shù)字通道是總線的一部分，以及定義二進(jìn)制判決門限。R&S RTE示波器支持同時(shí)解碼4路并行總線或串行總線。每個(gè)總線用屏幕邊緣上的信號(hào)欄圖標(biāo)表示。無論其他設(shè)置如何，該圖標(biāo)顯示所有激活邏輯通道目前的狀態(tài)(高、低、切換)，給用戶一個(gè)總線活動(dòng)的快速概覽。這也包括未在圖中顯示的通道。當(dāng)然，解碼的總線可以用總線數(shù)據(jù)格式顯示。如圖3所示，在分析A/D轉(zhuǎn)換器輸出時(shí)，用模擬波形顯示解碼更為合適。例如，這樣能夠直接比較轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，以及測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)間的時(shí)間偏移。輸出信號(hào)中出現(xiàn)的任何畸變將一目了然。