利用RIGOL DS6000示波器的高波形捕獲率觀察偶發(fā)信號

　　現(xiàn)在，各種電子產(chǎn)品，尤其是手機等移動終端，對高性能、小型化、低功耗的需求不斷加強，嵌入式設(shè)計無處不在。這使得各種電路設(shè)計的密度和信號速度都達到相當(dāng)高的程度。一方面，器件的密度和功能的增加，會引入更多串?dāng)_和噪聲；另一方面，數(shù)字總線的速度加快，帶來了觀測瞬時信號的難度。這對電路設(shè)計和調(diào)試及最后的產(chǎn)品測試帶來了極大的挑戰(zhàn)，選擇合適和正確的調(diào)試和測試工具對保證項目的成功變得非常重要。高速數(shù)字示波器是重要的，也是尤其常用的調(diào)試工具。

　　正確地設(shè)置觸發(fā)條件可以有效地利用示波器發(fā)現(xiàn)偶發(fā)信號，但需要測試者提前預(yù)判這些偶發(fā)信號的特征，并做出種種條件設(shè)置。這需要測試者具有非常豐富的測試經(jīng)驗同時對電路的每一部分都十分熟悉。在調(diào)試復(fù)雜電路并往往在時間壓力下工作時，會給項目帶來風(fēng)險。最好的方法是能借助示波器有效地發(fā)現(xiàn)這些偶發(fā)信號和瞬時信號并直接觀察。傳統(tǒng)的模擬示波器，在不考慮觸發(fā)消耗的情況下，其“死區(qū)時間”幾乎可以忽略不計，任何變化的信號都將反映在顯示屏上。但模擬示波器僅僅能夠用于觀察波形，在數(shù)據(jù)的后期處理、計算及存儲方面就變得十分困難，而且對高速偶發(fā)信號無法捕獲和記錄分析，同時帶寬的限制也不能適應(yīng)高速電路設(shè)計的需求。因此逐漸被淘汰出市場，取而代之的是現(xiàn)在廣為使用的數(shù)字示波器。

　　模擬示波器的優(yōu)點是可以把信號變化實時地顯示出來。數(shù)字示波器由于信號采集和顯示的機理不同，處理器需要兼顧顯示、計算、測量、觸發(fā)等功能，所以會產(chǎn)生所謂“死區(qū)時間”。示波器的采集及死區(qū)時間示意如圖1，當(dāng)異常信號恰好發(fā)生在示波器的“死區(qū)時間”，這個異常信號就會被錯過而觀察不到。以數(shù)字示波器上的10ns檔位為例，如果橫坐標(biāo)有10格，那么大概1秒鐘可以分為1s / 100ns = 10,000,000幀，假設(shè)觸發(fā)造成了50%的時間開銷，理論上有5,000,000幀/秒的波形捕獲率才能實時地，百分之百地呈現(xiàn)波形。但是由于各種技術(shù)條件的限制，現(xiàn)在的數(shù)字示波器遠遠低于這個波形捕獲率，這樣就會有大量的波形數(shù)據(jù)落在“死區(qū)時間”里，從而降低了波形觀察的質(zhì)量?？梢姡瑢τ跍y試者而言，波形捕獲率是評價一款數(shù)字示波器獲取偶發(fā)信號能力的最主要指標(biāo)，如果波形捕獲率高，捕獲偶發(fā)信號的能力就越強，反之則捕獲能力差（如圖2）。為了提高波形捕獲率，各示波器廠商采用了不同的架構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)方法，最終效果也不盡相同。某國外示波器廠商，為了掩飾其波形捕獲率在相應(yīng)條件下實際較低的不足，將波形捕獲率性能指標(biāo)和系統(tǒng)構(gòu)架及實現(xiàn)方法混為一談，造成DPO=高捕獲率的印象，混淆了概念，干擾了用戶的選擇。

　　普源精電（RIGOL）公司集中科研實力自主研發(fā)生產(chǎn)了DS6000系列數(shù)字示波器，采用了獨創(chuàng)的UltarVision技術(shù)，成為國產(chǎn)第一臺帶寬達到1GHz的數(shù)字示波器產(chǎn)品。其波形捕獲率、存儲深度、實時采樣率、觸發(fā)種類、數(shù)據(jù)計算等各方面均達到同類產(chǎn)品世界先進水平。

　　不同于國外某示波器廠商的宣傳概念，RIGOL將用戶的真正需求放在首位，特別是將波形捕獲率大踏步地提高到180,000幀/秒，同時提供特有的波形錄制功能，使得DS6000數(shù)字示波器在觀察偶發(fā)信號和瞬時信號時，都得心應(yīng)手，極大地幫助用戶提升調(diào)試效率。

　　以高帶寬示波器中10ns和1ns兩個常用的檔位為例，表1對比了DS6000系列與國外某廠商某款主流數(shù)字示波器的最大波形捕獲率，可以看出DS6000系列的明顯優(yōu)勢。

　　圖3的信號為一個正常的方波，但每10萬個周期才會出現(xiàn)一次異常信號，使用DS6000系列數(shù)字示波器就可以輕松觀察到這個偶發(fā)異常信號，用戶可以根據(jù)直觀的觀察，判斷進一步調(diào)試的思路和設(shè)置。

　　在嵌入式調(diào)試中，偶發(fā)異常信號恰恰是導(dǎo)致系統(tǒng)故障或者不穩(wěn)定的重要原因，能夠有效捕獲和觀察這些偶發(fā)信號成為數(shù)字示波器的重要功能指標(biāo)。