用混合信號示波器探測模擬和數(shù)字信號

　　許多基于微控制器的系統(tǒng)都有模擬和數(shù)字信號。即使看起來是完全數(shù)字的系統(tǒng)也不完全是數(shù)字的，因為存在振鈴和串?dāng)_等模擬效應(yīng)。因此，對系統(tǒng)中的信號通常需要同時持有模擬和數(shù)字的視角。這正是混合信號示波器(MSO)可以幫助到你的地方。

　　混合信號示波器同時具有示波器的功能和邏輯分析儀的部分功能。最常見的混合信號示波器配置有4個模擬通道和16個數(shù)字通道，它們最適合用于嵌入式微處理器板的查錯。

　　圖1所示的處理器板框圖包含諸如電源、時鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出等模擬信號，也有并行和串行的數(shù)字信號。并行數(shù)字信號包括CPU和GPIO接口的數(shù)字和地址線。以太網(wǎng)、SATA、PCIe、SPI、I2C和UART等接口則是高速和低速串行數(shù)據(jù)信號。混合信號示波器可以讓你在模擬或數(shù)字域中同時觀察這些信號。兩個域中的顯示都是時間上同步的，有助于發(fā)現(xiàn)問題。通過從模擬、數(shù)字或兩者結(jié)合的觸發(fā)還有助于診斷。這些采集資源還有一整套測量與分析工具進行補充。不管是哪個域中的數(shù)據(jù)，這些工具都可以處理。另外，可以方便地使用搜索功能定位串行或并行數(shù)字化數(shù)據(jù)圖案。

　　圖1：包含模擬(綠色)、數(shù)字(紅色)和串行數(shù)據(jù)(藍色)信號的嵌入式微處理器板例子?；旌闲盘柺静ㄆ魈峁┝藛闻_儀器就能測量和查錯所有這些類型信號的方案。

　　比較模擬和數(shù)字

　　數(shù)字示波器中的模擬波形是將采集到的信號表示為一系列采樣點。這些采樣點是以示波器的采樣速率獲取的，并用示波器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)位數(shù)設(shè)定的幅度分辨率進行了數(shù)字化?，F(xiàn)代高頻示波器具有8位(256個等級)到12位(4096個等級)的ADC分辨率。

　　混合信號示波器中的數(shù)字軌跡代表一個比特，是以數(shù)字采樣率采樣的。幅度基本上從0到1變化，依據(jù)的是比預(yù)設(shè)的邏輯閾值(許多混合信號示波器為多種系列邏輯器件提供預(yù)設(shè)的邏輯電平)高還是低，它們代表了數(shù)字輸入的狀態(tài)。圖2顯示了模擬軌跡(底部)和數(shù)字軌跡(頂部)的比較。

　　圖2：數(shù)字軌跡(頂部)和模擬波形的比較。數(shù)字軌跡幅度用1或0表示，判斷依據(jù)是數(shù)字輸入端的電壓是高于還是低于用戶設(shè)定的邏輯閾值。模擬軌跡被分解為4096個(12位)幅度等級中的任意一個。

　　模擬軌跡可以顯示隨時間發(fā)生的電壓微小變化。你可以看到諸如脈沖上沖和振鈴等現(xiàn)象。在C1描述塊中可見的光標(biāo)幅度讀取功能可以讀到低至mV的幅度。(在數(shù)字1描述塊中的)數(shù)字軌跡光標(biāo)讀取功能則報告0和1的幅度。記住，數(shù)字軌跡只顯示數(shù)字線的狀態(tài)，只有0和1兩個值。

　　當(dāng)顯示多根數(shù)字線時，你通?？梢赃x擇用一根線單獨觀察、捆綁成總線觀察或兩種觀察同時進行，如圖3所示。在圖3中，8根數(shù)字線(D0到D7)以總線形式被同時顯示在畫面上(底部軌跡)，它用十六進制計數(shù)方式顯示了所有數(shù)字線的總值。注意，D7是最高位(MSB)，D0是最低位(LSB)。

　　圖3：以單線和總線形式顯示的D0至D7多根數(shù)字線。總線形式顯示了十六進制計數(shù)的所有8根線總數(shù)。D0是最低位，D7是最高位。典型的測量工具包括將數(shù)字線作為源的光標(biāo)和定時參數(shù)，如圖中所示。