混合信號示波器在許多復雜測試中的應用

背景分析當代電子電路設計中，特別是嵌入式電路設計，面臨很多新技術的挑戰，如：更多的總線應用，更高速的時鐘和數字信號，集成度更高的PCB設計，很多設計中還融入了RF功能。面對這樣的設計工作，工程師需要相應的測試手段和工具，來完成比以往更加復雜的測試任務。為了解系統的整體工作特性，工程師只有同時測量模擬、數字信號，甚至包括總線信號，才能了解系統故障的原因和掌握信號和指令的時序和邏輯關系。

深入探究在許多復雜的測試方案中，示波器并不能為其提供足夠的通道數量。工程師要么在實驗室中多找幾臺示波器，要么使用邏輯分析儀。但不管是哪種情況，復雜性都會明顯提高。例如數字設計中經常遇到的建立保持違規問題。傳統電路中的時鐘速度較低，對信號建立保持性能的余量較大。但隨著系統主頻的不斷增加，PCB設計的日益復雜，建立保持違規問題越來越常見。檢測該問題需要設定一個通道為時鐘信號，另一個通道為數據信號，并設定相應的時間范圍。但需要同時測量多路信號的建立保持問題時，傳統的示波器顯然無法滿足，需要帶有數字邏輯通道的示波器才能完成此類工作。混合信號示波器（MSO）同時提供了模擬通道和數字通道，為應對這類測量挑戰提供了理想的解決方案。如何解決混合信號示波器具有更多的通道和整體觸發分析功能，因此可以很好地解決上述問題。首先混合信號示波器的通道數更多，可以同時測試多路模擬、數字和總線信號。其次，多路信號在總線上時時間相關的，且可以利用總線數據的特征作為觸發條件，捕獲數據指令產生前的系統狀態，以及數據發出后的變化情況。由于具有多通道的特性，模擬加數字加總線信號，工程師可以做系統級的分析和調試。其中，羅德與施瓦茨公司的混合信號示波器擁有杰出的技術指標和功能。其MSO的數字通道采樣率為5Gs/S，這意味可以發現更窄的毛刺，找出一些在其他示波器不能發現的高速數字異常。此外，200M的數字存儲長度也遠高于其他競爭產品。擁有更長的存儲可以使用戶在同樣的高采樣率下，捕獲更長時間的信號，發現故障更加容易。RTO混合信號示波器的創新還包括對數字通道也擁有200，000次/秒以上的波形捕獲率（模擬通道的波形捕獲率為1，000，000次/秒）。如果數字通道可以快速捕獲和顯示波形，用戶就可以輕松發現多達16條通道上偶然出現的故障，極大簡化了多通道系統排障工作。另一項獨特的功能是混合信號與RF信號的相關測試，RTO示波器擁有強大的頻域分析功能，能夠完成一些通常只有頻譜分析儀才能做到的頻譜分析和頻域測量工作。另一方面，傳統的示波器一般只有4個通道，在調試電路時會出現很多瓶頸。例如，即使調試簡單的8位單片機電路，也無法時間相關地同時觀察數模轉換器的輸出和多路IO信號，如果分時測試，則對偶發故障毫無辦法；出現故障時，要了解故障是否是在單片機或內存芯片特定時候產生的，因為沒有足夠的通道連到被測系統的控制信號上，無法知道故障產生時控制信號處于何種狀態；而在使用了FPGA的電路中，不僅測試管腳多，而且其內部節點更多，要驗證其內部節點的狀態，僅使用廠家提供的內部邏輯分析儀或JTAG調試工具是不夠的，因為那樣無法看到信號時序信息或信號完整性問題。除了通道數不夠，示波器本底噪聲過大，ADC分辨率和動態范圍不夠；高帶寬示波器往往只兼顧高速信號的測試；沒有和示波器相匹配的多通道邏輯時序測試探頭，沒有專用的頻譜分析儀選件以及協議分析選件等都是傳統示波器面臨的問題。

　　示波器集高ADC位數（12位ADC）、高動態范圍、多達36通道的數字邏輯探頭、專用頻譜分析儀選件、協議分析儀選件于一身，通過LBUS接口實現多通道示波器，通過8HP鍺化硅技術實現36GHz的芯片；采用DBI數字帶寬復用專利技術、ChannelSync通道同步專利技術可實現高達65GHz和多達80個通道的精確同步；高帶寬示波器中還集成了高速信號測試接口和低速信號測試接口；集成的專用協議分析儀功能可實現各種低速總線、高速總線的協議層分析能力。難點分析怎樣讓調試更快速一直是終端示波器需要面對的一個難點，尤其怎么發現問題，抓住問題以及搜索這些問題的所在點?！疤┛颂峁┝撕芏嗖煌氖侄?，允許客戶自定義很多不同的觸發條件以及搜索的條件，鎖定其所關注的事情或故障的位置，與高端頻譜儀的定位不同，混合域示波器（MDO）的頻譜儀定位在調測目的，其中有模擬信號、數字信號、射頻信號等來跟蹤信號的互相聯系?！癕DO提供的價值在于它是一個系統的調測工具，可以同時測試16個數字通道，4個模擬通道和1個射頻通道，測試這21個通道之間在時間上的關系?！蹦壳肮蚕頃r基和觸發的混合信號示波器最多支持16個邏輯通道，邏輯分析儀的功能相對簡單?？梢灶A見的是，未來的混合信號示波器將具有更高的數字采樣率和波形捕獲率，更強大的總線分析能力，模擬、數字甚至包括射頻信號的相互觸發和分析能力。安泰測試分析未來的三到五年內，混合信號示波器仍會以示波器功能為主，邏輯分析儀功能為輔?；旌闲盘柺静ㄆ鲿霈F在更高帶寬的示波器中，目前MSO9000A最高帶寬是4GHz，不久的將來會出現20GHz、25GHz、33GHz帶寬的混合信號示波器?；旌闲盘柺静ㄆ鞯倪壿嬐ǖ赖亩〞r采樣速率會不斷提升，目前示波器的采樣率已經達到160GSa/s，邏輯通道的定時速率有機會達到或突破20GSa/s。邏輯通道的功能會增強，包括類似邏輯分析儀的圖形顯示，在圖形顯示基礎上再進行其它數學處理如FFT等

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