DPO4000簡(jiǎn)化波形分析應(yīng)用文章

引言
幾十年來(lái)，示波器一直是研究和設(shè)計(jì)中必不可少的工具，激發(fā)了無(wú)數(shù)個(gè)行業(yè)的穩(wěn)步創(chuàng)新能力。示波器的一個(gè)主要指標(biāo)是記錄長(zhǎng)度。記錄長(zhǎng)度是示波器可以在一次采集中數(shù)字化及存儲(chǔ)的樣點(diǎn)數(shù)量。記錄長(zhǎng)度越長(zhǎng)，示波器可以以高定時(shí)分辨率 (高取樣速率) 捕獲的時(shí)間窗口越長(zhǎng)。世界上第一臺(tái)數(shù)字示波器只能捕獲和存儲(chǔ) 500 點(diǎn)數(shù)據(jù)，很難采集被考察的事件周?chē)乃邢嚓P(guān)信息。設(shè)計(jì)人員一直面臨著一個(gè)選擇：是以低分辨率采集更長(zhǎng)的時(shí)間，還是以高分辨率采集較短的時(shí)間，而設(shè)計(jì)人員真正想要的是同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)捕獲窗口和高分辨率。隨著時(shí)間推移及技術(shù)發(fā)展，數(shù)字化更多細(xì)節(jié)的速度、簡(jiǎn)便程度和成本都變得更加有利。但與此同時(shí)，時(shí)鐘速度提高，更寬、速度更快的并行設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)向串行總線使得總線拓?fù)洳粩嘌葑?，整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度急劇提高。因此，設(shè)計(jì)人員對(duì)高分辨率、更長(zhǎng)捕獲窗口的需求不斷攀升，其增長(zhǎng)速度要等于、甚至要大于示波器制造商提高記錄長(zhǎng)度的能力。這一發(fā)展趨勢(shì)將不會(huì)停頓。摩爾定律正以更快的速度不斷推動(dòng)電子技術(shù)發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)正變得更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)、構(gòu)建、調(diào)試及在中斷時(shí)修復(fù)起來(lái)也相應(yīng)地更加困難。那么這對(duì)現(xiàn)代示波器意味著什么呢？隨著設(shè)計(jì)變得越來(lái)越快、越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)長(zhǎng)記錄、更多帶寬和更高取樣速率的需求也會(huì)提高。這些主要指標(biāo)之間的關(guān)系并不復(fù)雜。隨著帶寬提高，取樣速率必須大約高出五倍，才能精確地捕獲信號(hào)的高頻成分。在取樣速率提高時(shí)，一定的信號(hào)采集時(shí)間窗口要求更多的樣點(diǎn)。例如，以5GS/s 速率捕獲2 ms 的100 MHz 信號(hào)要求1000 萬(wàn)點(diǎn)的記錄(2 ms 除以200 ps 取樣間隔)。即使在較低的頻率上，仍有許多應(yīng)用要求長(zhǎng)記錄。捕獲一幀NTSC(1/30秒間隔的兩個(gè)場(chǎng)，取樣速率為100 MS/s，以解析所有亮度信息)要求300 多萬(wàn)點(diǎn)(33 ms 除以10 ns)。在1Mb/sCAN 總線上捕獲幾秒的總線業(yè)務(wù)，診斷機(jī)電系統(tǒng)中的問(wèn)題，可能要求1000 萬(wàn)點(diǎn)，以充分進(jìn)行解析。這些應(yīng)用及各種其它應(yīng)用已經(jīng)推動(dòng)、且將繼續(xù)推動(dòng)對(duì)更長(zhǎng)、更詳細(xì)的數(shù)據(jù)捕獲窗口的需求。

分析所有數(shù)據(jù)
如前所述，世界上第一臺(tái)數(shù)字示波器的記錄長(zhǎng)度非常短。因此，查看示波器捕獲的所有項(xiàng)目非常容易，因?yàn)樗袃?nèi)容都一次性顯示在屏幕上。隨著記錄變長(zhǎng)，需要使用水平滾動(dòng)查看所有數(shù)據(jù)。在從一屏信息移到兩屏信息，然后移到四屏信息，然后移到八屏信息，然后移到12屏信息時(shí)，這不是大問(wèn)題。然而，隨著在每一代示波器中的記錄變得越來(lái)越長(zhǎng)，查看一次采集中捕獲的所有數(shù)據(jù)所需的時(shí)間也變得越來(lái)越長(zhǎng)。我們現(xiàn)在要處理幾百萬(wàn)點(diǎn)的記錄長(zhǎng)度，代表著幾千屏的信號(hào)活動(dòng)。作為類(lèi)比，想象一下如果沒(méi)有喜歡的搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或收藏夾的幫助，卻想找到您要找到的東西，這有點(diǎn)象大海撈針。直到現(xiàn)在，這一直是示波器用戶(hù)在長(zhǎng)記錄長(zhǎng)度示波器中所面臨的問(wèn)題。很明顯，舊的解決方案不再能夠奏效。

圖1. DPO4000系列Wave Inspector為有效分析波形提供了專(zhuān)用前面板控制功能。

Wave Inspector
通過(guò)DPO4000 系列Wave Inspector 控制功能，處理長(zhǎng)記錄、從波形中提取所需的信息變成一個(gè)簡(jiǎn)單高效的流程。

縮放/ 平移
當(dāng)前市場(chǎng)上的大多數(shù)數(shù)字示波器提供了某種形式的縮放功能。但是，與縮放視圖有關(guān)的控制功能(縮放系數(shù)和位置)經(jīng)常深埋在多個(gè)菜單中，或與其它前面板控制功能重合在一起。例如，縮放的水平位置一般通過(guò)前面板上的水平位置旋鈕控制。一旦已經(jīng)放大了感興趣的事件，如果想把縮放窗口移動(dòng)到采集中的另一個(gè)位置，一般要無(wú)數(shù)次旋轉(zhuǎn)水平位置旋鈕，慢慢把窗口移到新位置，或者放大，調(diào)節(jié)窗口位置，然后再縮小。這兩種方法都效率差，不直觀。而為了訪問(wèn)這些基本縮放控制功能而不得不瀏覽菜單時(shí)，效率就會(huì)變得更差了。Wave Inspector 提供了一個(gè)專(zhuān)用的兩層前面板縮放/ 平移控制功能，可以有效地瀏覽波形。內(nèi)部旋鈕控制著縮放系數(shù)。順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)旋鈕越多，放大得越大。反時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕可以縮小，最終關(guān)閉縮放。

在圖1A中，我們正在探測(cè)一條I2C總線。上面的窗口中顯示了整個(gè)采集，下面較大的窗口是縮放的部分。在這種情況下，我們已經(jīng)放大查看兩個(gè)特定分組的解碼后地址和數(shù)據(jù)值。外環(huán)是強(qiáng)制/ 速率敏感的平移控制功能。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以把放大窗口向右平移到波形上，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)則向左平移。旋轉(zhuǎn)得越多，縮放窗口在波形中移動(dòng)得越快。在圖2 中，通過(guò)簡(jiǎn)單地以希望的方向旋轉(zhuǎn)平移控制功能，我們可以迅速?gòu)囊粋€(gè)分組瀏覽下一個(gè)分組。即使是在1000 萬(wàn)點(diǎn)的采集中，也可以在幾秒內(nèi)，迅速把縮放窗口從記錄一端移到另一端，而不必改變縮放系數(shù)。

圖1A. Wave Inspector 提供了專(zhuān)用前面板縮放和平移控制功能。

圖2. 瀏覽I2C總線的長(zhǎng)采集數(shù)據(jù)。