DPO4000簡化波形分析應用文章

引言
　　幾十年來，示波器一直是研究和設計中必不可少的工具，激發了無數個行業的穩步創新能力。示波器的一個主要指標是記錄長度。記錄長度是示波器可以在一次采集中數字化及存儲的樣點數量。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。世界上第一臺數字示波器只能捕獲和存儲 500 點數據，很難采集被考察的事件周圍的所有相關信息。設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，而設計人員真正想要的是同時實現長捕獲窗口和高分辨率。隨著時間推移及技術發展，數字化更多細節的速度、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、速度更快的并行設計及轉向串行總線使得總線拓撲不斷演變，整體系統的設計復雜度急劇提高。因此，設計人員對高分辨率、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發展，系統設計正變得更加復雜，設計、構建、調試及在中斷時修復起來也相應地更加困難。那么這對現代示波器意味著什么呢？隨著設計變得越來越快、越來越復雜，對長記錄、更多帶寬和更高取樣速率的需求也會提高。這些主要指標之間的關系并不復雜。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。例如，以5GS/s 速率捕獲2 ms 的100 MHz 信號要求1000 萬點的記錄(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(33 ms 除以10 ns)。在1Mb/sCAN 總線上捕獲幾秒的總線業務，診斷機電系統中的問題，可能要求1000 萬點，以充分進行解析。這些應用及各種其它應用已經推動、且將繼續推動對更長、更詳細的數據捕獲窗口的需求。

分析所有數據
　　如前所述，世界上第一臺數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目非常容易，因為所有內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據。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據所需的時間也變得越來越長。我們現在要處理幾百萬點的記錄長度，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、網絡瀏覽器或收藏夾的幫助，卻想找到您要找到的東西，這有點象大海撈針。直到現在，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
　　當前市場上的大多數數字示波器提供了某種形式的縮放功能。但是，與縮放視圖有關的控制功能(縮放系數和位置)經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，一般要無數次旋轉水平位置旋鈕，慢慢把窗口移到新位置，或者放大，調節窗口位置，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。內部旋鈕控制著縮放系數。順時鐘旋轉旋鈕越多，放大得越大。反時針旋轉旋鈕可以縮小，最終關閉縮放。

　　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，我們已經放大查看兩個特定分組的解碼后地址和數據值。外環是強制/ 速率敏感的平移控制功能。順時針旋轉，可以把放大窗口向右平移到波形上，反時針旋轉則向左平移。旋轉得越多，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 萬點的采集中，也可以在幾秒內，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。

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總線的長采集數據。

播放/ 暫停
　　在調試問題時，您經常不知道是什么導致了問題，因此不確定在采集的波形中找什么。但是，您知道自己已經捕獲了包含問題的窗口，現在需要查看捕獲的數據，看是否能夠找到問題。在大多數現代示波器上，這也需要無數次旋轉水平位置旋鈕，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節。平移控制旋轉得越遠，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目- 波形本身上。在I2C實例 (圖2) 中，您可以播放波形，同時查看解碼后的地址和數據，監測總線上的活動。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。

標記
　　在查找問題根源時，您可以找到各種波形區域，這些區域需要進一步考察，或指明在您希望使用的、作為其余分析參考點的被測設備中發生了某種情況。例如，假設您需要對進行相關定時測量，確定從司機在司機車門儀表板上按下搖車窗開關開始到車窗實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時。下一個事件可能是司機側門中的CAN 模塊向車門中的CAN 模塊發送命令時。最后的事件可能是馬達激勵車門，車窗開始移動。標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域之間來回跳轉，不是要更好嗎？通過DPO4000 系列，您可以做到這一點。在圖3 中，通道1 是司機車門中的開關輸出，通道2 是CANbus，通道3 監測車門中的馬達驅動。

圖3. 把標記放在波形上，協助測量CANbus 上的時延。

　　通過指定適當的標識符和數據，我們已經把示波器設置成觸發感興趣的分組。然后，我們使用了前面板上的Set / Clear Mark (設置/清除標記) 按鈕，標記波形上的每個感興趣事件。這些用戶標記沿著頂邊在上方窗口和下方窗口中作為實心白三角形顯示。通道1上的上升沿表明開關按下時的情況。觸發事件是司機車門中的CAN模塊發出命令，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，我們可以立即在標記之間跳轉，以放置光標，迅速簡便地測量時延。在圖3 中，我們發現，從按開關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。

搜索和標記
　　除把標記手動放在波形上以外，Wave Inspector還可以搜索整個采集，每次發生用戶指定的事件時自動進行標記。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，在脈沖之間進行精確的定時測量，但為了在脈沖之間導航，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，而不必浪費時間“不停地轉”位置旋鈕。

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

圖4. DPO4000 系列標記長采集中越過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置圖。搜索生成的標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個標記?，F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，而不需調節縮放標度或位置！

圖5. 找到的六次發生建立時間和保持時間超限搜索結果。

　　但是，Wave Inspector的搜索功能遠遠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，導致了整個系統癱瘓。您懷疑這是建立時間和保持時間超限引起的亞穩定問題。您只需幾秒鐘的時間，就可以指定搜索標準，讓示波器在采集中自動找到每次發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，數據在通道2上，設置門限，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，標明指定建立時間和保持時間超限發生。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，數據線上的窄負脈沖超出了12 ns 建立時間。

　　我們已經找到亞穩態來源，而不必手動滾動通過波形，也不必使用光標測量任何東西。您甚至可以調節建立時間和保持時間，查看Wave Inspector 找到多少個事件，進行最壞情況檢查。例如，您可以把保持時間設為零，然后降低建立時間，直到只找到一個事件。Wave Inspector提供的另一個強大的搜索功能是總線搜索。通過安裝選裝的DPO4EMBD 和DPO4AUTO 應用模塊，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。一旦設置，您可以觸發用戶指定的分組級內容，讓示波器把采集中的每個分組自動解碼成二進制或十六進制。

圖6. 搜索CAN消息中的特定Identifier 和Data 值。

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

表1. 搜索事件。

　　Wave Inspector在采集中找到有四條消息滿足標準。把縮放窗口從發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信息，而不必從模擬波形中手動解碼。除上面的實例外，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“如果我想執行另一項搜索，但不想丟失第一次搜索的結果(標記)，那么該怎么辦呢？”只需選擇Save All Marks 菜單選項，就可以看到空心白三角形搜索標記變成實心，與放在前面板Set Mark 按鈕上的標記相同。這些標記現在保存在波形上，然后可以執行新的搜索。可以多次進行這一操作，有效創建無限的搜索能力。當然，如果想從清空狀態開始，可以按Clear All Marks 按鈕，從波形中清除所有標記，也可以使用Set/Clear Mark 前面板按鈕，刪除任何一個標記。

搜索與觸發交互
　　Search 菜單中還包括另外兩個強大的、節約時間的功能：能夠把觸發設置復制到搜索中，及把搜索設定值復制到觸發中。在希望搜索采集結果，查看捕獲的數據中是否有其它觸發事件發生時，可以把當前觸發設定值復制到搜索菜單中。而當已經在數據中發現事件，想使用該事件作為觸發標準重新采集新數據時，則可以把搜索設定值復制到觸發菜單中。

圖7. 搜索側面菜單。

總結
　　現代數字示波器可以捕獲海量數據，這既是好事，也是壞事。您想要所有數據，正因如此，您需要使用示波器。但直到現在，在龐大的數據中找到所需的數據不亞于大海撈針，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。