選擇合適的示波器進(jìn)行高速電路調(diào)試和驗(yàn)證

在調(diào)試中，工作效率除了體現(xiàn)在快速發(fā)現(xiàn)問題、準(zhǔn)確定位問題和精確測量外，儀器的易用性也十分重要。現(xiàn)代示波器的功能越來越豐富，性能也日益強(qiáng)大，其操作也變得越來越復(fù)雜。為了讓調(diào)試人員專注于設(shè)計(jì)本身而不是測試儀器，DPO專門設(shè)計(jì)了用戶自定義操作界面的MyScope（我的示波器）和Windows風(fēng)格的鼠標(biāo)右鍵彈出菜單功能。MyScope使示波器操作人員可以根據(jù)自己的使用風(fēng)格和操作習(xí)慣，自由地將操作按鈕組合成自己需要的操作界面。這樣，MyScope操作面板可只包含用戶需要的按鈕，而其它不用的功能可以被完全忽略掉——于是用戶將不再在眾多復(fù)雜的菜單列表里尋找自己需要的功能——只要簡單地打開“我的示波器”操作界面即可。更加簡便的是，MyScope的自定義過程是完全的圖形界面操作，您無須編寫script，使用鼠標(biāo)拖拽即可。

鼠標(biāo)右鍵的彈出菜單，是用戶操作時(shí)，可以在顯示界面的特定位置（如測量結(jié)果、采集狀態(tài)、通道標(biāo)號(hào)、觸發(fā)方式等等）上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，即有與該位置所指示的參數(shù)相關(guān)的設(shè)置菜單彈出。熟悉 Windows風(fēng)格的用戶可以使用這一功能，幾乎只用一只鼠標(biāo)就可以完成所有的示波器操作，效率倍增。

從以上幾點(diǎn)我們可以看到：采用 DPX技術(shù)的DPO平臺(tái)示波器和傳統(tǒng)示波器相比，快速采集能夠最快最可靠地發(fā)現(xiàn)問題；Pinpoint硬件實(shí)時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)能夠更精確地定位問題；FastFrame快采、自動(dòng)測量、數(shù)學(xué)運(yùn)算、FIR濾波器等功能可以從各種角度分析問題；同時(shí)，MyScope、鼠標(biāo)右鍵彈出菜單等可以提高操作效率，降低工作復(fù)雜程度。這些都讓DPO數(shù)字熒光示波器成為當(dāng)今業(yè)界功能最強(qiáng)大、效率最高、分析能力最強(qiáng)的調(diào)試工具。

下一章中，我們將介紹使用DPO數(shù)字熒光示波器進(jìn)行信號(hào)的驗(yàn)證。

第三章 使用實(shí)時(shí)數(shù)字熒光示波器進(jìn)行驗(yàn)證——捕獲和分析

驗(yàn)證（Verification），就是測試設(shè)計(jì)是否和它對(duì)應(yīng)的各種標(biāo)準(zhǔn)（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者自定義標(biāo)準(zhǔn)）相符，以及有多少冗余量。驗(yàn)證和調(diào)試，是示波器的主要用途。

在使用示波器進(jìn)行調(diào)試時(shí)，我們關(guān)心的主要指標(biāo)是：

波形捕獲率——決定儀器能夠多快發(fā)現(xiàn)故障

觸發(fā)系統(tǒng)——決定儀器能夠多精確地定位故障

分析能力——決定儀器能夠從波形里提取出多少有用信息。

而在使用示波器進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，我們更關(guān)心的指標(biāo)是：信號(hào)保真度——決定采集的樣點(diǎn)是否能夠真實(shí)反映信號(hào)特性；采樣率和內(nèi)存深度——決定單次捕獲可以以多快的速度以及抓取多少樣點(diǎn)供驗(yàn)證測試；分析工具——決定深入分析的程度和準(zhǔn)確性。

信號(hào)保真度是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，涵蓋了示波器的帶寬、采樣率、內(nèi)插、抖動(dòng)噪底、本底噪聲、時(shí)間測量精度、探頭系統(tǒng)等多個(gè)方面。業(yè)界對(duì)此的討論很多，也有很多相關(guān)文章，所以本文不再做詳細(xì)分析，只強(qiáng)調(diào)示波器的頻率響應(yīng)對(duì)驗(yàn)證的影響。

頻率響應(yīng)，在示波器指標(biāo)上反映為帶寬和上升時(shí)間。帶寬表征的是示波器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)能力，而上升時(shí)間是瞬態(tài)相應(yīng)。經(jīng)驗(yàn)上，帶寬和上升時(shí)間（10～90％）的乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)和示波器的放大器模型有關(guān)。如高斯響應(yīng)的放大器模型，這個(gè)常數(shù)是0.35；而高性能的示波器放大器模型比較復(fù)雜，該常數(shù)一會(huì)在 0.4~0.55之間。當(dāng)然，從用戶的角度看，這個(gè)常數(shù)應(yīng)該越小越好：常數(shù)越小，則表示相同的帶寬（穩(wěn)態(tài)響應(yīng)）下，該示波器的上升時(shí)間更快，也就是說瞬態(tài)響應(yīng)更好；而上升時(shí)間一樣的情況下，乘積小的示波器需要的帶寬會(huì)相對(duì)低一些——而對(duì)示波器，帶寬和價(jià)格是正比的，也就是說乘積小的示波器性價(jià)比更高。

我們驗(yàn)證測試對(duì)象一般都是脈沖（非正弦）信號(hào)，如通信信號(hào)、串行總線信號(hào)、高速脈沖信號(hào)、調(diào)制信號(hào)等等，所以示波器的瞬態(tài)響應(yīng)相比起來更加重要。泰克DPO示波器在相同帶寬下，能提供最快的上升時(shí)間，對(duì)于瞬態(tài)信號(hào)的測試非常有幫助。

另外一方面，高帶寬示波器的不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響到驗(yàn)證測試的正確性、精度和速度：

近幾年示波器帶寬不斷高速提升，如何在提升帶寬的同時(shí)，保證帶內(nèi)幅度響應(yīng)的平坦和相位響應(yīng)的線性，成了一個(gè)重要的問題。有經(jīng)驗(yàn)的工程師都知道，要完全從硬件入手，是不可能得到理想的平坦幅度響應(yīng)和線性相位響應(yīng)的。所以在高性能示波器的放大器技術(shù)中，各大示波器生產(chǎn)商都在使用軟件提升帶寬和優(yōu)化響應(yīng)的DSP技術(shù)。DSP技術(shù)的使用，確實(shí)能得到比較理想的幅度和相位響應(yīng)，但是它并不是有利無害的。下圖是示波器對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)，藍(lán)色為完全的模擬響應(yīng)，而紅色是 DSP處理后的響應(yīng)。

DSP 提升、修正幅度和相位響應(yīng)后，示波器可以更加精確地測量上升時(shí)間、眼圖冗余等指標(biāo)，有利于對(duì)數(shù)字通信信號(hào)、計(jì)算機(jī)總線信號(hào)等的驗(yàn)證測試。但是從紅色的波形可以看到：虛線框部分，我們叫做“預(yù)過沖”，是一種不存在于現(xiàn)實(shí)信號(hào)中“假波形”，是由DSP處理產(chǎn)生出來的失真——對(duì)于階躍信號(hào)來說，沒有理由當(dāng)上升能量還沒有產(chǎn)生時(shí)，波形就開始振蕩。所以當(dāng)使用示波器測量高速脈沖、激光脈沖或類似信號(hào)時(shí)，DSP的處理就不再是測試人員期望的了——失真的波形錯(cuò)誤指示了各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的物理行為。

當(dāng)然，DSP還有其它一些問題，如過驅(qū)動(dòng)的信號(hào)的錯(cuò)誤顯示、較低的數(shù)據(jù)吞吐速度、DSP之前的原始數(shù)據(jù)無法導(dǎo)出等。所以當(dāng)用戶需要觀測過驅(qū)動(dòng)信號(hào)（如脈沖頂端的過沖細(xì)節(jié)）、需要使用示波器采集的原始數(shù)據(jù)做自定義分析（如激光脈沖測量）或者需要較高的處理速度時(shí)，都要求示波器不使用DSP功能。

泰克在所有2.5GHz帶寬以上的DPO中都使用了DSP的頻響修正和通道匹配功能，DPO72004還有DSP的帶寬提升功能。但是泰克公司也深知DSP功能的利弊，所以在其它公司“悄悄”使用DSP功能時(shí)，泰克唯一讓用戶有了“知情權(quán)”和“控制權(quán)”，即用戶可以知道示波器是否正在使用DSP功能，同時(shí)還可以根據(jù)需要打開或者關(guān)閉DSP提升功能。這樣，如進(jìn)行需要示波器原始采集數(shù)據(jù)的脈沖測試，用戶可以選擇關(guān)閉DSP功能；而進(jìn)行串行信號(hào)一致性測試時(shí)，泰克建議可以打開DSP功能。