選擇合適的示波器進行高速電路調(diào)試和驗證

隱藏在正常信號里的異常（偶發(fā)性故障），是調(diào)試電路錯誤的一種關(guān)鍵對象。發(fā)現(xiàn)偶發(fā)性故障對于調(diào)試工具提出了很高的要求——調(diào)試工具的波形捕獲概率要足夠高，漏失率要足夠低，才能快速可靠地發(fā)現(xiàn)這些偶發(fā)的異常，為我們下一步定位問題提供足夠的信息。正像圖四中看到的例子，一秒發(fā)生一次的故障，可能來自于時鐘電路的周期性失效，也可能源于其它電路的干擾。由于這種失效或者干擾的出現(xiàn)概率可能只有幾百萬分之一甚至更低，所以對于傳統(tǒng)數(shù)字存儲示波器不到2％的捕獲概率來講，要以比較高的置信度來發(fā)現(xiàn)這些問題，需要花費很長的時間。這時，數(shù)字熒光示波器的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了，它高達數(shù)十萬次的波形捕獲率和最高可超過 60％的捕獲概率，可以幫助調(diào)試人員迅速“看到”問題，減少在眾多正常信號里面搜尋故障的時間——結(jié)果，您可能只需要幾秒鐘，而不是數(shù)分鐘、數(shù)小時甚至幾天的時間，就能發(fā)現(xiàn)令人頭痛的偶發(fā)性錯誤。

事實上，偶發(fā)性故障對于調(diào)試人員來說本來是未知的——在有限的觀測時間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)問題的概率越高，則調(diào)試的效率越高。這時數(shù)字熒光示波器的價值更加明顯——DPO觀測一段時間所獲得的信息量，用數(shù)字存儲示波器可能需要數(shù)十倍甚至數(shù)百倍的時間才能完成。所以，DPO是現(xiàn)今數(shù)字示波器領(lǐng)域，能最快發(fā)現(xiàn)問題的調(diào)試工具。還是圖四的例子，使用DPO觀測10秒鐘，發(fā)現(xiàn)一秒一次的故障的概率大約是 99.99%。而使用數(shù)字存儲示波器，達到同樣的捕獲概率需要約450秒，也就是七分半鐘，差別一目了然。從這種意義上來講，DPO提供的不僅僅是遠遠領(lǐng)先的效率，更加為調(diào)試人員增添了無以倫比的信心。

發(fā)現(xiàn)問題，完成了調(diào)試中關(guān)鍵的一步。下一步就是定位問題。

在定位問題上，業(yè)界有兩種方法：一種是使用長內(nèi)存，抓取很長的數(shù)據(jù)量，然后通過肉眼觀測或者搜索插件來找到關(guān)心的問題點；另一種是使用觸發(fā)，直接定位需要的的波形細節(jié)。這兩種方法，實際上是有其技術(shù)背景的：第一種方法是除了泰克公司以外的其它示波器生產(chǎn)商支持的——在沒有DPX并行處理技術(shù)，波形捕獲率低的情況下，“放大網(wǎng)，抓小魚”成了唯一的解決方案；加之這些廠商產(chǎn)品的高級觸發(fā)模式的觸發(fā)帶寬一般在800MHz以下，“抓取——篩選”也是這些示波器最容易實現(xiàn)的對高速信號“定位問題”的方法。數(shù)字熒光示波器更傾向于后一種方法：在DPX波形捕獲技術(shù)發(fā)現(xiàn)問題以后，使用得到的波形異常信息設(shè)置Pinpoint 觸發(fā)系統(tǒng)的高級觸發(fā)條件，直接定位問題。

調(diào)試時使用長內(nèi)存加查找來定位問題，好比是用攝像機攝錄下一段時間的風景，然后再返回去查看所有記錄來搜索我們想看的景色；硬件觸發(fā)定位，類似高性能照相機加準確的快門設(shè)置，直接拍下我們關(guān)心的景色。兩種方法在效率上的優(yōu)劣一看自明。

另一方面，使用長內(nèi)存來直接“定位問題”，并沒有從根本上改善數(shù)字存儲示波器高漏失率的問題。在圖四的例子里面，如果使用目前業(yè)界高速內(nèi)存最長的數(shù)字存儲示波器，其可以提供最高20G的采樣率和100M存儲深度。您可以發(fā)現(xiàn)，即時使用全部100M存儲空間，在20G采樣率下只能無漏失地捕獲5ms長度的波形；而處理這100M的數(shù)據(jù)，這種示波器通常需要幾秒到幾分鐘的時間，漏失概率高達99.5%以上。所以在不知道偶發(fā)故障主要參數(shù)的前提下使用長內(nèi)存加搜索，其調(diào)試過程好比高射炮打蚊子，命中率極低。

DPO的高波形捕獲率，能在很短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號的異常，如毛刺、欠幅脈沖、建立/保持時間違規(guī)、邊沿速率或者單調(diào)性問題等等，并能以色溫等方式告知其發(fā)生頻度。用戶使用基于DPX捕獲技術(shù)的快采（FastAcq）方式捕獲了這些問題以后，就可以使用簡單的如光標測量等方式確定其主要參數(shù)，并將這些參數(shù)作為觸發(fā)條件，就可以直接定位故障了。

用來定位故障的觸發(fā)系統(tǒng)，各公司使用的技術(shù)也是不一樣的。雖然各個廠商均宣稱在觸發(fā)系統(tǒng)上使用了SiGe的高速半導體技術(shù)，但是真實效果卻有待研判。泰克公司在中高端數(shù)示波器中使用的 Pinpoint雙觸發(fā)系統(tǒng)，使用了完全的SiGe 技術(shù)，這種高帶寬、低功耗、低噪聲的半導體技術(shù)造就了Pinpoint觸發(fā)系統(tǒng)的強大性能：擁有業(yè)界最多的觸發(fā)模式——除了邊沿觸發(fā)外，還提供毛刺、欠幅脈沖、寬度、轉(zhuǎn)化時間、超時、碼型、狀態(tài)、建立/保持時間、窗口、通信相關(guān)觸發(fā)和串行碼型和解碼觸發(fā)等多種高級觸發(fā)模式；業(yè)界最高的觸發(fā)帶寬——前十大類觸發(fā)模式的觸發(fā)帶寬都可高達9GHz，串行碼型觸發(fā)可支持高達3.125Gbps的碼流；業(yè)界最強大的組合觸發(fā)模式——通過時間延時或事件延時，以及時間 /狀態(tài)/轉(zhuǎn)換復位控制，Pinpoint觸發(fā)系統(tǒng)可提供超過1400種組合觸發(fā)模式。所以該觸發(fā)系統(tǒng)可以幾乎不受限制地設(shè)置各種觸發(fā)條件。相比起來，其它廠商的示波器觸發(fā)系統(tǒng)，一般僅僅能在邊沿觸發(fā)這種繼承于模擬示波器的觸發(fā)模式上有可與示波器匹配的觸發(fā)帶寬。而在高級（智能、違規(guī)）觸發(fā)模式下，這些示波器一般僅能夠提供不高于800MHz的觸發(fā)能力。這對于當前的高性能、超高性能示波器來說幾乎沒有任何意義。

有些調(diào)試人員可能會有這樣的疑問：用DPX快采看到的故障，如果是不可重復的，那觸發(fā)系統(tǒng)再強大也捕獲不了啊？不錯，如果故障是單次的、不可重復的，那示波器是不能重新捕獲的。但是，您完全沒有必要擔心，事實上，純粹的不可重復故障并不是調(diào)試工作的任務(wù)，我們在調(diào)試時也不必關(guān)心這種問題。它可能源自一些非本電路的原因，如電力系統(tǒng)偶然失效、突發(fā)外部EMI干擾等——既然不會重復，我們?yōu)槭裁匆獡哪兀?P>當然，如果調(diào)試人員已經(jīng)習慣使用長內(nèi)存的方式定位故障，DPO 也能勝任。實時數(shù)字熒光示波器是現(xiàn)在業(yè)界內(nèi)存最長、處理速度最快的產(chǎn)品。它能在每通道上提供100M存儲深度，單通道下最高可達400M。400M是一個非常優(yōu)秀的指標，在20G采樣率下，400M存儲深度可以捕獲從工頻50Hz直到示波器滿帶寬的頻譜成份，這在高性能示波器里面還是首屈一指的。

下面就是分析問題。示波器能提供的分析方法一般有：自動測量、數(shù)學運算、頻譜分析、濾波和其它分析?，F(xiàn)代示波器一般都使用開放式的Windows操作系統(tǒng)，較為容易實現(xiàn)分析功能的擴展。

DPO 提供的標準配置分析功能很多。在自動測量方面，有關(guān)于幅度、時間、組合、直方圖和眼圖的53種測試項；在數(shù)學運算方面，有數(shù)十種運算符號可供調(diào)試人員自由編輯；頻譜分析方面，除了一般示波器可以提供的基本FFT頻譜分析儀外，DPO還提供高級的FFT分析，您可以設(shè)置中心頻率、頻譜跨度、分辨率帶寬和選擇合適的窗口函數(shù)（總共8種）；DPO也提供用戶自定義的FIR濾波器功能，用戶可以使用低通、高通、帶通、帶阻、平滑等濾波器。此外，泰克還提供幾十個免費小插件，使用這些小插件，可以輕松實現(xiàn)諸如“觸發(fā)－存盤”、“測量－歸檔”這樣的自動操作。另外，通過選件支持，用戶還可以進行抖動分析、功率測量等高級測量。

有幾個分析工具是值得注意的：第一個是快幀（FastFrame），它能將內(nèi)存分段，連續(xù)觸發(fā)，用戶可設(shè)置觸發(fā)捕獲次數(shù)。當示波器捕獲用戶要求的次數(shù)后，每次捕獲的信息都存入內(nèi)存。用戶可以觀察每次捕獲的波形（觀察單個或者疊放），并且可以了解每次觸發(fā)的時間（精確到皮秒）。這個功能對測量故障或者低占空比脈沖信號的頻率和重復性有很大的幫助。和業(yè)界其它類似功能相比，DPO的快幀功能擁有最快的連續(xù)觸發(fā)速率和最準確的定時精度；

第二個是DPX快采數(shù)據(jù)的自動測量功能。之前有人認為DPX快采的數(shù)據(jù)不能進行測試。事實上，DPX采集生成的波形數(shù)據(jù)庫不僅可以測量，而且由于其本來就有統(tǒng)計效果，所以該三維數(shù)據(jù)庫的信息用作重復信號或者有重復特性的信號的測量時，標準偏差（std. deviation）還較其它采集模式下小很多，亦即測試結(jié)果更準確。