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          調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的理想混合信號示波器DLM2000系列

          作者: 時(shí)間:2017-06-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            1. 摘要

            從數(shù)字家電到汽車,通過處理器和軟件來實(shí)現(xiàn)完美功能的嵌入式系統(tǒng)正被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。即使從系統(tǒng)輸入或輸出的信號是通過傳感器或語音轉(zhuǎn)換器等的模擬信號,處理器處理的是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。為調(diào)試此類系統(tǒng),越來越多的行業(yè)需要解析數(shù)字信號并確認(rèn)相關(guān)動作。

            為滿足這種需求,公司開發(fā)了系列,它緊湊、輕便、外形美觀——293mm(高) ×226mm(寬) × 193mm(深)、4.5kg,(如圖1),同時(shí)還繼承了以往DL1000系列的外觀。系列標(biāo)配8-bit邏輯輸入,具備先進(jìn)的波形顯示性能與波形分析功能。

            產(chǎn)品名稱表示在客戶熟悉的DL系列基礎(chǔ)上增加了混合模擬/數(shù)字系統(tǒng)分析(),即“M”代表的意義。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/349450.htm                   圖 1 DLM2000
            2. 概述

            DLM2000系列數(shù)字示波器的基本特點(diǎn)有:頻率帶寬最高達(dá)500MHz、最大采樣率達(dá)2.5GS/s、存儲深度最高達(dá)125Mpts。

            DLM2000的特有功能之一是,可以將模擬輸入通道中的一個(gè)通道(CH4)切換為8-bit邏輯輸入并顯示信號。因此,該系列既可用于傳統(tǒng)的4通道模擬輸入,也可用作(由3個(gè)模擬通道和1個(gè)8-bit邏輯輸入通道組成);4個(gè)模擬通道和8-bit邏輯輸入的組合可以作為觸發(fā)源使用。

            在開發(fā)此系列產(chǎn)品的同時(shí),公司也開發(fā)了TM引擎(如圖2)。此引擎集以下功能于一身:1)信號處理(可以從A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)生成顯示數(shù)據(jù),運(yùn)算各種波形和參數(shù),執(zhí)行其他功能);2)觸發(fā)檢測。因此,DLM與以往型號相比,體積減少了25%,功耗降低了15%。

            TM引擎基于專用架構(gòu)對信號進(jìn)行處理,它提供了高波形采集速率、改進(jìn)的數(shù)據(jù)處理能力和波形顯示性能。這使DLM2000混合信號示波器擁有顯示灰度級,就象一臺便攜式模擬示波器。

                         圖 2 TM芯片
            3. 特有功能

             標(biāo)準(zhǔn)配備邏輯輸入的混合信號示波器

            對于數(shù)字家電或汽車控制等行業(yè)的嵌入式系統(tǒng),“數(shù)字控制+觀測”的要求越來越多?,F(xiàn)有4通道模擬示波器的測量通道太少,難以處理某些工程的需要。例如,連接內(nèi)部設(shè)備控制至SPI總線(3線或4線)并觀測電機(jī)驅(qū)動的模擬信號;或觀測汽車引擎控制單元(ECU)中數(shù)字控制信號和內(nèi)部模擬信號之間的時(shí)序。

            DLM2000系列標(biāo)準(zhǔn)配備了8-bit邏輯輸入,可以全力支持模擬/數(shù)字混合系統(tǒng)。
          通過ScopeCORETM引擎,模擬與邏輯輸入的切換在數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)行。由于獲得的邏輯數(shù)據(jù)保存在模擬通道4的區(qū)域內(nèi),數(shù)據(jù)的流動與模擬數(shù)據(jù)沒有區(qū)別(但是會對邏輯數(shù)據(jù)的顯示進(jìn)行專門的處理),因此,即使打開邏輯顯示也可以保持高波形采集速率,確保不錯(cuò)過罕見事件(如圖3)。

            同樣,的演示也與的顯示(疊加顯示)沒有區(qū)別,因此,可以直觀地觀察到模擬信號和邏輯信號之間的時(shí)序關(guān)系。

            圖4描述了如何生成邏輯顯示數(shù)據(jù)。硬件部分是專為復(fù)合顯示設(shè)計(jì)的:通過檢測每比特的H/L產(chǎn)生上限/下限數(shù)據(jù),并采用與模擬信號一樣的方式在垂直線區(qū)域進(jìn)行差值。

                       圖3 邏輯輸入時(shí)的累積波形



                            圖4

            由于所有模擬和邏輯輸入都被連接到觸發(fā)電路,無論如何切換模擬/邏輯顯示,所有觸發(fā)組合都可以實(shí)現(xiàn)。在組合觸發(fā)中,所有通道(包括邏輯)和比特之間的觸發(fā)延遲均小于2ns。 圖5是ScopeCORETMTM引擎的結(jié)構(gòu)圖。

                                 圖5

            另外,通過邏輯功能使用新開發(fā)的邏輯探頭(701989) *可以設(shè)置每比特的閾值。這樣,就可以在邏輯輸入中觀測有著不同電平的I2C和SPI總線接口。
          *邏輯探頭(701989)另售。


            亮度等級和歷史功能

            對系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試時(shí),確認(rèn)罕見現(xiàn)象并在很短的時(shí)間內(nèi)弄清電路的運(yùn)行條件是非常重要的。為了增加捕捉罕見現(xiàn)象的機(jī)會,對工程師來說最重要的就是提高數(shù)據(jù)處理性能,如增加每秒的采樣數(shù)量,在大量的采樣數(shù)據(jù)中基于盡可能多的信息生成圖像。

            通過歷史存儲功能,DLM2000系列擁有了更快的波形采集速率。歷史存儲功能是保證產(chǎn)品在競爭中脫穎而出的特有功能,此功能可以追溯分析過去采集到的波形。

            通過ScopeCORETM引擎,波形采集并不與顯示周期(60Hz)同步。在原始數(shù)據(jù)處理部分,波形數(shù)據(jù)將被采集n次,然后保存至歷史存儲器中,這都不與顯示周期同步。產(chǎn)生顯示數(shù)據(jù)的部分通過提取歷史數(shù)據(jù)的n屏像素并累積所有重疊采樣點(diǎn)生成數(shù)據(jù)。累積的頻率信息將被轉(zhuǎn)換成亮度,并發(fā)送到顯示內(nèi)存中。圖6顯示了發(fā)送顯示數(shù)據(jù)信息的同時(shí)數(shù)據(jù)采集的執(zhí)行過程。


                             圖6

            通過重復(fù)這些處理過程,波形采集速率可以高達(dá)20000屏/秒,并可以用不同的亮度等級進(jìn)行顯示(如圖7)。
            以下表格體現(xiàn)了存儲長度和最大波形采集速率之間的關(guān)系。
            

            存儲長度為1.25Kpts時(shí),可以累積20000屏的歷史數(shù)據(jù),同時(shí)波形可以被識別,此功能非常強(qiáng)大,因?yàn)橹罂梢詫?shù)據(jù)進(jìn)行分析,。

                         7 亮度等級顯示

            此外,歷史功能的時(shí)間標(biāo)記信息也得到了加強(qiáng)。以前,保留在歷史內(nèi)存中的采集波形的時(shí)間標(biāo)記精度是10ms。這就意味著對于以N單次序列采集到的那些波形來說,歷史內(nèi)存中很多屏的時(shí)間標(biāo)記都是相同的。而現(xiàn)在,可以50ns的分辨率顯示時(shí)間標(biāo)記,此分辨率與采樣率成正比(如圖8)。

                          圖8 歷史時(shí)間標(biāo)記屏幕

            提高歷史功能的時(shí)間標(biāo)記精度后,時(shí)間標(biāo)記可用于觀測與發(fā)動機(jī)RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))相關(guān)的點(diǎn)火脈沖波形。將點(diǎn)火脈沖設(shè)為觸發(fā)條件并累積歷史波形,可以推算出發(fā)動機(jī)的RPM—觸發(fā)間隔(歷史時(shí)間標(biāo)記間隔)短表示RPM高;觸發(fā)間隔長表示RPM低。
            支持長存儲

            為了讓系統(tǒng)總線速度更快,觀測電源波動并執(zhí)行嵌入式系統(tǒng)的其他任務(wù)時(shí),工程師們需要在保持高采樣率的情況下長時(shí)間觀測波形。工程師們越來越多地需要在高速采樣下連續(xù)、長時(shí)間采集波形,以評估通信波形的質(zhì)量(噪聲、轉(zhuǎn)換時(shí)間等),比如汽車電子產(chǎn)品,因?yàn)榇藭r(shí)需要確認(rèn)快速的變化以及無法預(yù)測的現(xiàn)象。

            橫河DLM2000系列的連續(xù)采集存儲長度已經(jīng)達(dá)到12.5Mpts。這就意味著DLM2000可以在時(shí)間長度為5秒的波形采集中,以2.5MS/s的采樣率( 5倍于比特率)觀測500Kbps的CAN(汽車局域網(wǎng))信號波形(如圖9)。

                 圖9 12.5Mpts的CAN波形(5秒內(nèi))和縮放窗口

            此外,采集時(shí)間范圍可達(dá)500s/div,可以采集長達(dá)5000秒的波形,以觀測象電源電壓這樣的長期變化的信號。

            在單次采集模式下,最大存儲深度是125 Mpts。觀測信號運(yùn)行的細(xì)節(jié)時(shí),必須以與信號變化相對應(yīng)的采樣率對波形進(jìn)行采樣。按照公式“采樣率=存儲長度/波形采集時(shí)間”,設(shè)置相同的波形采集時(shí)間后,更長的存儲深度可以較高的采樣率觀測波形。

            通過ScopeCORETM引擎,可以暢通無阻地分析長存儲數(shù)據(jù)。單憑主要波形的某些特性很難從大量的數(shù)據(jù)中得到所需的信息。DLM配備了搜索引擎,它可以設(shè)置與觸發(fā)相類似的條件從采集波形中搜索到想要的數(shù)據(jù)。

            在縮放區(qū)域內(nèi)可以縮放檢測到的數(shù)據(jù),縮放因子可以設(shè)為比T/div更高的分辨率,這樣就可以在高分辨率下查看感興趣的波形。

            4.總結(jié)

            DLM2000系列是一款中端(500MHz頻率帶寬、最大采樣率達(dá)2.5GS/s)的混合信號示波器。此系列標(biāo)準(zhǔn)配備了8-bit邏輯輸入,無論是否打開邏輯顯示,都具有更快的波形采集速率和數(shù)據(jù)處理能力。此系列還可以直觀地顯示各種現(xiàn)象——以亮度對應(yīng)重疊的采樣點(diǎn),這些采樣點(diǎn)被轉(zhuǎn)換成色彩并在XGA分辨率的廣視角LCD上顯示出來。

            DLM2000系列混合信號示波器以其輕便小巧的外形和超強(qiáng)的波形處理能力,可充分提高工作效率,尤其在調(diào)試數(shù)字控制的嵌入式系統(tǒng)時(shí)更顯卓越。


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