關(guān)于示波器中測量參數(shù)的算法

“在測試信號邊沿的上升/下降時(shí)間的時(shí)候，跟我選擇的存儲(chǔ)深度有沒有關(guān)系。比如我使用40GS/S的采樣率測試PCIE CLK，如果在屏幕上顯示一個(gè)時(shí)鐘周期測試它的上升下降時(shí)間和我調(diào)節(jié)時(shí)基到8M的存儲(chǔ)深度時(shí)測試到的上升下降時(shí)間有沒有區(qū)別？”

回答:

這是一個(gè)非常好的問題。其實(shí)我在培訓(xùn)時(shí)也常問客戶另外一個(gè)問題：您知道示波器中上升時(shí)間是怎么確定的嗎？我在各種講座會(huì)和培訓(xùn)中問這個(gè)問題時(shí)至今居然沒有得到過一次準(zhǔn)確的答案！這涉及到示波器中對上升時(shí)間的算法定義。很多人知道“上升沿”的10%-90%，但“上升沿”是指什么呢？這時(shí)候工程師們會(huì)用手從波形的下面指到上面。那么從下面到上面是指下面的最小值點(diǎn)到上面的最大值點(diǎn)呢還是下面的平均值位置到上面的平均值位置呢？

示波器里計(jì)算上升沿需要定義“算法”。IEEE定義的算法如圖一所示。上升沿的確定取決于參數(shù)“top”(基頂)和“base”（基底）的確定。 正確的確定基頂和基底是正確的參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)。在分析的開始，示波器首先計(jì)算一個(gè)波形數(shù)據(jù)的直方圖，時(shí)間跨度由兩個(gè)時(shí)間光標(biāo)之間的時(shí)間值確定，默認(rèn)情況下光標(biāo)是從最左邊到最右邊。例如，如果波形是在兩個(gè)狀態(tài)躍變的，那么其直方圖將包括兩個(gè)波峰。分析方法將嘗試識別包含了最大的數(shù)據(jù)密度的這兩組數(shù)據(jù)。于是，和這兩組相關(guān)聯(lián)的最大概率的狀態(tài)將被計(jì)算出來，以決定基頂和基底?；斚鄬?yīng)于上部的最大概率位置，基底相對應(yīng)于下部的最大概率位置。

圖一 示波器中一些常用測量參數(shù)的算法定義

一旦確定了基頂值和基底值，上升時(shí)間和下降時(shí)間的計(jì)算就很容易了。基頂值減去基底值就是幅值，幅值的90%和10%的門限電平之間的時(shí)間間隔就是上升時(shí)間。 如果用rise@level,可以選擇上升時(shí)間的門限電壓。如果選擇絕對設(shè)置，上升時(shí)間和下降時(shí)間的計(jì)算就是測量在上升沿或下降沿上兩個(gè)交叉點(diǎn)的時(shí)間間隔。但是，如果選擇了相對設(shè)置，在基頂線和基底線之間的垂直間隔被一個(gè)百分比分割（base=0%,top=100%），這樣來決定交叉點(diǎn)的垂直位置，在上升沿和下降沿上的交叉點(diǎn)之間的時(shí)間間隔被計(jì)算出來以得到上升時(shí)間和下降時(shí)間。

頂部和底部樣本數(shù)的多少會(huì)影響到基頂和基底確定的準(zhǔn)確性。如果示波器上只一個(gè)時(shí)鐘周期，頂部和底部的樣本數(shù)很少，如果時(shí)鐘信號上有一點(diǎn)點(diǎn)的過沖或下沖就會(huì)影響到直方圖的分布的最大概率狀態(tài)的確定。因此，在測量時(shí)鐘我們建議屏幕上采集的周期數(shù)盡量多一些。至此，上面的問題的答案已是不言而喻的了。

值得說明的是，有時(shí)候示波器的參數(shù)下方的狀態(tài)顯示中有 的圖標(biāo)，脈沖上的一個(gè)十字表示示波器不能夠確定基頂和基底,但是，測量仍然是有效的。

圖二 一些時(shí)間參數(shù)的定義