示波器波形更新率確定捕獲到難解事件的概率

        當(dāng)您評(píng)估示波器時(shí)，其反應(yīng)能力會(huì)影響您的決定。為正確感受示波器反應(yīng)是否敏捷，只需探測(cè)相對(duì)快的重復(fù)信號(hào)和觀看其反應(yīng)。如果示波器的顯示更新太慢，就會(huì)感到這臺(tái)示波器非常遲鈍，因而極不好用。今天一些有較深存儲(chǔ)器的示波器就屬于這種情況，因?yàn)樘幚砩畲鎯?chǔ)器記錄而減慢了更新率。一般來(lái)說，如果示波器顯示達(dá)到至少每秒二十次更新，所顯示的波形將表現(xiàn)為“實(shí)況”，并感覺示波器反應(yīng)敏捷。但波形更新率的重要性遠(yuǎn)不止是反應(yīng)能力這一個(gè)方面。“實(shí)況”感覺并不能說明示波器捕獲到偶發(fā)和隨機(jī)事件的概率。

        今天的一些示波器廠商宣稱更新率達(dá)到數(shù)十萬(wàn)波形∕秒的量級(jí)。但人眼并不能辨析這一量級(jí)的差別。當(dāng)您調(diào)試高速數(shù)字電路時(shí)，由于能增加捕獲偶發(fā)事件的概率，因此示波器更新率達(dá)到這一量級(jí)至關(guān)重要。如果您要觀察的是精確重復(fù)的信號(hào)（無(wú)異常），那么極快的更新率并不很重要。但當(dāng)信號(hào)并非精確重復(fù) ── 即有異常產(chǎn)生時(shí) ── 隨機(jī)和偶發(fā)產(chǎn)生的事件會(huì)使您大傷腦筋。更快的更新率能提高捕獲到難解事件的概率，為您的調(diào)試提供幫助。

        圖 1 示出一個(gè)隨機(jī)亞穩(wěn)態(tài)（毛刺），它在數(shù)據(jù)信號(hào)中平均每 50,000 個(gè)周期僅產(chǎn)生 1 次。如果您事先知道該事件為隨機(jī)發(fā)生，就可把大多數(shù)示波器設(shè)置在毛刺條件上觸發(fā) ── 即根據(jù)最小脈沖寬度設(shè)置示波器 ── 從而可靠捕獲示波器各次采集上的毛刺。但如果您不知道毛刺的存在，就可能只是簡(jiǎn)單探查設(shè)計(jì)中的不同信號(hào)來(lái)驗(yàn)證正確的信號(hào)保真度，因此示波器設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)的上升或下降沿條件上觸發(fā)。

        由于它們相對(duì)慢的更新率，大多數(shù)示波器為捕獲偶發(fā)事件，需要采集遠(yuǎn)不止是幾秒的數(shù)據(jù)。如果您打算用一般調(diào)試方法，在每一測(cè)試點(diǎn)上探測(cè)幾秒鐘，并想捕獲到各結(jié)點(diǎn)上可能產(chǎn)生的偶發(fā)事件，示波器就必須有極快的更新率。

圖 1. Agilent MSO6000 系列示波器用實(shí)時(shí)采樣捕獲到的偶發(fā)亞穩(wěn)態(tài)

        圖 1 是用 Agilent's 6000 系列示波器捕獲到的毛刺，該示波器甚至能在帶 sin(x)/x 重建時(shí)，用實(shí)時(shí)采樣達(dá)到 100,000 次∕秒的波形更新。在這一更新率下，示波器捕獲到該特定信號(hào)的統(tǒng)計(jì)概率約為每秒二次。采用 Agilent 專有第三代 MegaZoom 技術(shù)的 Agilent 示波器實(shí)現(xiàn)了這一業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的實(shí)時(shí)更新率。

        一旦我們發(fā)現(xiàn)電路存在非預(yù)期的行為，就可開始進(jìn)一步調(diào)試我們的系統(tǒng)。 使用混合信號(hào)示波器（ MSO ）的邏輯通道，就能設(shè)置跨多個(gè)模擬和數(shù)字通道的組合邏輯碼型觸發(fā)條件。它揭示由于時(shí)鐘抖動(dòng)，我們的系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)對(duì)建立—保持時(shí)間指標(biāo)的超差，如圖 2 所示。

圖 2. 碼型觸發(fā)揭示建立—保持時(shí)間超差

        Agilent 6000 系列示波器實(shí)現(xiàn)每秒 100,000 個(gè)實(shí)時(shí)波形的意義何在？可把它與今天市場(chǎng)上的其它示波器作一比較。使用其它數(shù)字示波器的默認(rèn)實(shí)時(shí)采樣模式，波形更新率范圍約 60 至 700 波形。 雖然 60 波形∕秒對(duì)于示波器的“實(shí)況”感覺是足夠快的，但為捕獲到每 50,000 個(gè)周期平均僅產(chǎn)生一次的特定亞穩(wěn)態(tài)，需要把探頭放在測(cè)試點(diǎn)上的平均時(shí)間將近 14 分鐘。即使是 聽起來(lái)給人印象深刻的 700 波形∕秒， 把探頭放在測(cè)試點(diǎn)上的平均時(shí)間也超過 1 分鐘。

        如果您打算用一般調(diào)試方法，在每一測(cè)試點(diǎn)上探測(cè)幾秒鐘，使用任何其它 DSO 的默認(rèn)實(shí)時(shí)采集模式都可能丟失這一事件。為在幾秒鐘內(nèi)捕獲這一特定錯(cuò)誤事件，您需要示波器有每秒數(shù)萬(wàn)個(gè)波形，甚至更快。

        使用其它“專門”采集模式情況如何呢？今天市場(chǎng)上的一些宣稱具有 100,000 波形∕秒量級(jí)的波形更新率。但這需要選擇專門的快采集模式。示波器中的“專門”工作模式會(huì)在其它方面有所犧牲，通常會(huì)影響采樣率和采集存儲(chǔ)器深度 ── 有時(shí)需要用重復(fù)∕等效時(shí)間采樣模式代替實(shí)時(shí)采樣。此外，它也影響示波器的測(cè)量功能，包括波形測(cè)量，波形運(yùn)算，以及對(duì)保存波形的平移和縮放。

        雖然對(duì)于捕獲偶發(fā)事件，專門的快采集模式有時(shí)也不失為一種正確選擇，但您應(yīng)知道在使用這一“專門”工作模式時(shí)，必須考慮在性能和功能上作出的權(quán)衡。此外，雖然某種示波器可能宣稱使用特定工作模式達(dá)到 100,000 波形∕秒量級(jí)的波形更新率，但這些更新率可能僅適用于很窄的條件，而且可能給出的是離散點(diǎn) ── 而不是各采集周期的完整波形。