DPO4000簡化波形分析應(yīng)用文章

引言
　　幾十年來，示波器一直是研究和設(shè)計中必不可少的工具，激發(fā)了無數(shù)個行業(yè)的穩(wěn)步創(chuàng)新能力。示波器的一個主要指標(biāo)是記錄長度。記錄長度是示波器可以在一次采集中數(shù)字化及存儲的樣點(diǎn)數(shù)量。記錄長度越長，示波器可以以高定時分辨率 (高取樣速率) 捕獲的時間窗口越長。世界上第一臺數(shù)字示波器只能捕獲和存儲 500 點(diǎn)數(shù)據(jù)，很難采集被考察的事件周圍的所有相關(guān)信息。設(shè)計人員一直面臨著一個選擇：是以低分辨率采集更長的時間，還是以高分辨率采集較短的時間，而設(shè)計人員真正想要的是同時實(shí)現(xiàn)長捕獲窗口和高分辨率。隨著時間推移及技術(shù)發(fā)展，數(shù)字化更多細(xì)節(jié)的速度、簡便程度和成本都變得更加有利。但與此同時，時鐘速度提高，更寬、速度更快的并行設(shè)計及轉(zhuǎn)向串行總線使得總線拓?fù)洳粩嘌葑儯w系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度急劇提高。因此，設(shè)計人員對高分辨率、更長捕獲窗口的需求不斷攀升，其增長速度要等于、甚至要大于示波器制造商提高記錄長度的能力。這一發(fā)展趨勢將不會停頓。摩爾定律正以更快的速度不斷推動電子技術(shù)發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計正變得更加復(fù)雜，設(shè)計、構(gòu)建、調(diào)試及在中斷時修復(fù)起來也相應(yīng)地更加困難。那么這對現(xiàn)代示波器意味著什么呢？隨著設(shè)計變得越來越快、越來越復(fù)雜，對長記錄、更多帶寬和更高取樣速率的需求也會提高。這些主要指標(biāo)之間的關(guān)系并不復(fù)雜。隨著帶寬提高，取樣速率必須大約高出五倍，才能精確地捕獲信號的高頻成分。在取樣速率提高時，一定的信號采集時間窗口要求更多的樣點(diǎn)。例如，以5GS/s 速率捕獲2 ms 的100 MHz 信號要求1000 萬點(diǎn)的記錄(2 ms 除以200 ps 取樣間隔)。即使在較低的頻率上，仍有許多應(yīng)用要求長記錄。捕獲一幀NTSC(1/30秒間隔的兩個場，取樣速率為100 MS/s，以解析所有亮度信息)要求300 多萬點(diǎn)(33 ms 除以10 ns)。在1Mb/sCAN 總線上捕獲幾秒的總線業(yè)務(wù)，診斷機(jī)電系統(tǒng)中的問題，可能要求1000 萬點(diǎn)，以充分進(jìn)行解析。這些應(yīng)用及各種其它應(yīng)用已經(jīng)推動、且將繼續(xù)推動對更長、更詳細(xì)的數(shù)據(jù)捕獲窗口的需求。

分析所有數(shù)據(jù)
　　如前所述，世界上第一臺數(shù)字示波器的記錄長度非常短。因此，查看示波器捕獲的所有項(xiàng)目非常容易，因?yàn)樗袃?nèi)容都一次性顯示在屏幕上。隨著記錄變長，需要使用水平滾動查看所有數(shù)據(jù)。在從一屏信息移到兩屏信息，然后移到四屏信息，然后移到八屏信息，然后移到12屏信息時，這不是大問題。然而，隨著在每一代示波器中的記錄變得越來越長，查看一次采集中捕獲的所有數(shù)據(jù)所需的時間也變得越來越長。我們現(xiàn)在要處理幾百萬點(diǎn)的記錄長度，代表著幾千屏的信號活動。作為類比，想象一下如果沒有喜歡的搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或收藏夾的幫助，卻想找到您要找到的東西，這有點(diǎn)象大海撈針。直到現(xiàn)在，這一直是示波器用戶在長記錄長度示波器中所面臨的問題。很明顯，舊的解決方案不再能夠奏效。

圖1. DPO4000系列Wave Inspector為有效分析波形提供了專用前面板控制功能。

Wave Inspector
通過DPO4000 系列Wave Inspector 控制功能，處理長記錄、從波形中提取所需的信息變成一個簡單高效的流程。

縮放/ 平移
　　當(dāng)前市場上的大多數(shù)數(shù)字示波器提供了某種形式的縮放功能。但是，與縮放視圖有關(guān)的控制功能(縮放系數(shù)和位置)經(jīng)常深埋在多個菜單中，或與其它前面板控制功能重合在一起。例如，縮放的水平位置一般通過前面板上的水平位置旋鈕控制。一旦已經(jīng)放大了感興趣的事件，如果想把縮放窗口移動到采集中的另一個位置，一般要無數(shù)次旋轉(zhuǎn)水平位置旋鈕，慢慢把窗口移到新位置，或者放大，調(diào)節(jié)窗口位置，然后再縮小。這兩種方法都效率差，不直觀。而為了訪問這些基本縮放控制功能而不得不瀏覽菜單時，效率就會變得更差了。Wave Inspector 提供了一個專用的兩層前面板縮放/ 平移控制功能，可以有效地瀏覽波形。內(nèi)部旋鈕控制著縮放系數(shù)。順時鐘旋轉(zhuǎn)旋鈕越多，放大得越大。反時針旋轉(zhuǎn)旋鈕可以縮小，最終關(guān)閉縮放。

　　在圖1A中，我們正在探測一條I2C總線。上面的窗口中顯示了整個采集，下面較大的窗口是縮放的部分。在這種情況下，我們已經(jīng)放大查看兩個特定分組的解碼后地址和數(shù)據(jù)值。外環(huán)是強(qiáng)制/ 速率敏感的平移控制功能。順時針旋轉(zhuǎn)，可以把放大窗口向右平移到波形上，反時針旋轉(zhuǎn)則向左平移。旋轉(zhuǎn)得越多，縮放窗口在波形中移動得越快。在圖2 中，通過簡單地以希望的方向旋轉(zhuǎn)平移控制功能，我們可以迅速從一個分組瀏覽下一個分組。即使是在1000 萬點(diǎn)的采集中，也可以在幾秒內(nèi)，迅速把縮放窗口從記錄一端移到另一端，而不必改變縮放系數(shù)。

圖1A. Wave Inspector 提供了專用前面板縮放和平移控制功能。

圖2. 瀏覽I2C總線的長采集數(shù)據(jù)。

播放/ 暫停
　　在調(diào)試問題時，您經(jīng)常不知道是什么導(dǎo)致了問題，因此不確定在采集的波形中找什么。但是，您知道自己已經(jīng)捕獲了包含問題的窗口，現(xiàn)在需要查看捕獲的數(shù)據(jù)，看是否能夠找到問題。在大多數(shù)現(xiàn)代示波器上，這也需要無數(shù)次旋轉(zhuǎn)水平位置旋鈕，在采集的波形中檢測任何雜散活動。Wave Inspector也可以幫助完成這一工作。您可以簡單地按前面板上的Play (播放) 按鈕，讓縮放窗口自動在波形上平移。播放速度和方向使用直觀的平移控制功能調(diào)節(jié)。平移控制旋轉(zhuǎn)得越遠(yuǎn)，波形播放速度越快。它還支持免提播放，因此可以把精力放在重要項(xiàng)目- 波形本身上。在I2C實(shí)例 (圖2) 中，您可以播放波形，同時查看解碼后的地址和數(shù)據(jù)，監(jiān)測總線上的活動。在確定找到的事件時，只需再按Play/Pause (播放/ 暫停)按鈕，就可以停止波形。

圖2A. 專門的前面板控制功能，自動播放波形。

標(biāo)記
　　在查找問題根源時，您可以找到各種波形區(qū)域，這些區(qū)域需要進(jìn)一步考察，或指明在您希望使用的、作為其余分析參考點(diǎn)的被測設(shè)備中發(fā)生了某種情況。例如，假設(shè)您需要對進(jìn)行相關(guān)定時測量，確定從司機(jī)在司機(jī)車門儀表板上按下?lián)u車窗開關(guān)開始到車窗實(shí)際開始移動之間的時延。您希望在采集中找到的第一個事件是按開關(guān)時。下一個事件可能是司機(jī)側(cè)門中的CAN 模塊向車門中的CAN 模塊發(fā)送命令時。最后的事件可能是馬達(dá)激勵車門，車窗開始移動。標(biāo)記波形上的每個位置，以便能夠迅速在定時測量感興趣的區(qū)域之間來回跳轉(zhuǎn)，不是要更好嗎？通過DPO4000 系列，您可以做到這一點(diǎn)。在圖3 中，通道1 是司機(jī)車門中的開關(guān)輸出，通道2 是CANbus，通道3 監(jiān)測車門中的馬達(dá)驅(qū)動。

圖3. 把標(biāo)記放在波形上，協(xié)助測量CANbus 上的時延。

　　通過指定適當(dāng)?shù)臉?biāo)識符和數(shù)據(jù)，我們已經(jīng)把示波器設(shè)置成觸發(fā)感興趣的分組。然后，我們使用了前面板上的Set / Clear Mark (設(shè)置/清除標(biāo)記) 按鈕，標(biāo)記波形上的每個感興趣事件。這些用戶標(biāo)記沿著頂邊在上方窗口和下方窗口中作為實(shí)心白三角形顯示。通道1上的上升沿表明開關(guān)按下時的情況。觸發(fā)事件是司機(jī)車門中的CAN模塊發(fā)出命令，車窗開始移動是通道3 上的瞬變。通過使用前面板Previous (上一個) 和Next (下一個) 按鈕，我們可以立即在標(biāo)記之間跳轉(zhuǎn)，以放置光標(biāo)，迅速簡便地測量時延。在圖3 中，我們發(fā)現(xiàn)，從按開關(guān)到車窗移動的總時間是58.8ms，完全位于可以接受的延遲范圍內(nèi)。

搜索和標(biāo)記
　　除把標(biāo)記手動放在波形上以外，Wave Inspector還可以搜索整個采集，每次發(fā)生用戶指定的事件時自動進(jìn)行標(biāo)記。例如，想象一下您正在捕獲激光器脈沖。激光器大約每隔20 s 發(fā)射一次，每個脈沖僅寬15 ns。您想查看多個脈沖，檢定脈沖波形，在脈沖之間進(jìn)行精確的定時測量，但為了在脈沖之間導(dǎo)航，您需要有近20 s 的停滯時間。然后，您需要對采集中的每個其它脈沖重復(fù)這一測量。很明顯，最好能夠立即從一個脈沖移到另一個脈沖，而不必浪費(fèi)時間“不停地轉(zhuǎn)”位置旋鈕。

圖3A. Wave Inspector 強(qiáng)大的搜索功能可以找到采集中每次發(fā)生的、用戶指定的事件。

圖4. DPO4000 系列標(biāo)記長采集中越過300mV 的每個脈沖。

　　圖4 是查找越過300mV 門限的上升沿非常簡單的搜索設(shè)置圖。搜索生成的標(biāo)記沿著頂邊在上方窗口和下方窗口中顯示為空心白三角形。這一搜索得到放在整個記錄中的105個標(biāo)記。現(xiàn)在，您只需按前面板上的上一個按鈕和下一個按鈕，就可以從一個脈沖跳到下一個脈沖，而不需調(diào)節(jié)縮放標(biāo)度或位置！

圖5. 找到的六次發(fā)生建立時間和保持時間超限搜索結(jié)果。

　　但是，Wave Inspector的搜索功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單的邊沿搜索。想象一下您處理的芯片有不確定的輸出，其非常頻繁，導(dǎo)致了整個系統(tǒng)癱瘓。您懷疑這是建立時間和保持時間超限引起的亞穩(wěn)定問題。您只需幾秒鐘的時間，就可以指定搜索標(biāo)準(zhǔn)，讓示波器在采集中自動找到每次發(fā)生指定的建立時間和保持時間超限。在這種情況下，我們使用的部件公開的建立時間和保持時間分別是12 ns 和6 ns。為使示波器自動找到這些超限，我們只需告訴它時鐘在通道1上，數(shù)據(jù)在通道2上，設(shè)置門限，輸入希望的建立時間和保持時間。然后示波器檢查整個采集中相對于每個時鐘邊沿的定時，標(biāo)明指定建立時間和保持時間超限發(fā)生。在圖5 中，我們搜索得到六次超限。六個事件在上方窗口中標(biāo)上空心的白三角號。下方的窗口顯示了其中一個超限的放大圖。可以清楚地看到，數(shù)據(jù)線上的窄負(fù)脈沖超出了12 ns 建立時間。

　　我們已經(jīng)找到亞穩(wěn)態(tài)來源，而不必手動滾動通過波形，也不必使用光標(biāo)測量任何東西。您甚至可以調(diào)節(jié)建立時間和保持時間，查看Wave Inspector 找到多少個事件，進(jìn)行最壞情況檢查。例如，您可以把保持時間設(shè)為零，然后降低建立時間，直到只找到一個事件。Wave Inspector提供的另一個強(qiáng)大的搜索功能是總線搜索。通過安裝選裝的DPO4EMBD 和DPO4AUTO 應(yīng)用模塊，您可以使用前面板B1和B2按鈕，把輸入組合定義為I2C、SPI 或CAN 串行總線。一旦設(shè)置，您可以觸發(fā)用戶指定的分組級內(nèi)容，讓示波器把采集中的每個分組自動解碼成二進(jìn)制或十六進(jìn)制。

圖6. 搜索CAN消息中的特定Identifier 和Data 值。

　　這種觸發(fā)對隔離包含問題的時間窗口至關(guān)重要，而更可能的是您需要查看多個分組上的總線行為，了解系統(tǒng)級發(fā)生的情況。總線搜索功能可以指定分組級指標(biāo)，在每次發(fā)生時進(jìn)行記錄，進(jìn)而迅速進(jìn)行查看、導(dǎo)航和分析。仍以前面的CAN實(shí)例為例，在圖6中，我們使用我們感興趣的特定Identifier (549) 和Data (A1) 值，在CANbus長采集數(shù)據(jù)中搜索每個消息。

表1. 搜索事件。

　　Wave Inspector在采集中找到有四條消息滿足標(biāo)準(zhǔn)。把縮放窗口從發(fā)生的一條消息移到另一條消息上，只需在前面板上按上一個按鈕和下一個按鈕。由于示波器為您解碼分組，您可以立即看到所有相關(guān)信息，而不必從模擬波形中手動解碼。除上面的實(shí)例外，DPO4000 系列還可以搜索許多其它類型的事件。表1列明了完整的搜索功能清單。

　　多次搜索這時一個明顯的問題是“如果我想執(zhí)行另一項(xiàng)搜索，但不想丟失第一次搜索的結(jié)果(標(biāo)記)，那么該怎么辦呢？”只需選擇Save All Marks 菜單選項(xiàng)，就可以看到空心白三角形搜索標(biāo)記變成實(shí)心，與放在前面板Set Mark 按鈕上的標(biāo)記相同。這些標(biāo)記現(xiàn)在保存在波形上，然后可以執(zhí)行新的搜索。可以多次進(jìn)行這一操作，有效創(chuàng)建無限的搜索能力。當(dāng)然，如果想從清空狀態(tài)開始，可以按Clear All Marks 按鈕，從波形中清除所有標(biāo)記，也可以使用Set/Clear Mark 前面板按鈕，刪除任何一個標(biāo)記。

搜索與觸發(fā)交互
　　Search 菜單中還包括另外兩個強(qiáng)大的、節(jié)約時間的功能：能夠把觸發(fā)設(shè)置復(fù)制到搜索中，及把搜索設(shè)定值復(fù)制到觸發(fā)中。在希望搜索采集結(jié)果，查看捕獲的數(shù)據(jù)中是否有其它觸發(fā)事件發(fā)生時，可以把當(dāng)前觸發(fā)設(shè)定值復(fù)制到搜索菜單中。而當(dāng)已經(jīng)在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)事件，想使用該事件作為觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)重新采集新數(shù)據(jù)時，則可以把搜索設(shè)定值復(fù)制到觸發(fā)菜單中。

圖7. 搜索側(cè)面菜單。

總結(jié)
　　現(xiàn)代數(shù)字示波器可以捕獲海量數(shù)據(jù)，這既是好事，也是壞事。您想要所有數(shù)據(jù)，正因如此，您需要使用示波器。但直到現(xiàn)在，在龐大的數(shù)據(jù)中找到所需的數(shù)據(jù)不亞于大海撈針，是一個非常耗時麻煩的過程。配有Wave Inspector的DPO4000系列為您提供了所需的功能，可以高效地滿足您的需求，而這種效率是以前的示波器所不能想象的。