揭開(kāi)測試測量的小秘密——每周一考 【第2周】

2、用示波器做總線(xiàn)協(xié)議分析與傳統協(xié)議分析儀的區別？

3、哪些技術(shù)可以提升示波器的響應速度和波形捕獲率？它們有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

----------------------------------我是答案分界線(xiàn)-----------------------------------------

1、 實(shí)時(shí)示波器的量程在低中端時(shí)沒(méi)有差別，在高端時(shí)出現差別，比如有三大示波器廠(chǎng)家的最高端示波器的最大量程分別為8V, 1.2V , 800mV , 通常高速示波器測量的高速信號幅度也很小，以計算機高速總線(xiàn)測量為例，這個(gè)指標對哪些應用有影響、哪些沒(méi)有影響？

(答案由安捷倫杜吉偉提供) 這個(gè)問(wèn)題可以分為兩部分，一是為什么會(huì )出現這樣的差異，二是對哪些應用有影響，對哪些沒(méi)有影響。

為什么會(huì )出現這樣的差異？實(shí)時(shí)示波器帶寬在達到16GHz或以上時(shí)，各個(gè)示波器廠(chǎng)家的差異主要體現在半導體工藝上，如下圖所示，磷化銦(InP)半導體工藝的工作電壓在高頻時(shí)的工作電壓遠高于IBM HP8硅鍺半導體工藝，這決定了最后的示波器量程用磷化銦工藝可達到8V峰峰值，而用硅鍺則只能達到1.2V或800mV 。 理論上，示波器前面增加衰減器可提升示波器的量程，但量程較低的兩個(gè)示波器廠(chǎng)家都沒(méi)有通過(guò)在示波器內部增加衰減器的方法來(lái)提升量程，這是因為硅鍺示半導體工藝本來(lái)工作電壓低，示波器自身的信噪比難以提高，如果增加衰減器，會(huì )進(jìn)一步引入本底噪聲和幅頻特性、相頻特性的偏差。對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，如果你外部使用一個(gè)衰減器，你無(wú)法知道加上它后，示波器的本底噪聲、幅頻特性、相頻特性、通道時(shí)延不確定度等的指標會(huì )變成什么樣子，除非廠(chǎng)家提供你可信可靠的指標數據。

回到問(wèn)題的第二部分，量程是1.2V , 800mV的示波器對哪些應用沒(méi)有影響，哪些有影響。如果是用戶(hù)可以使用探頭的應用場(chǎng)合，只要探頭的工作電壓范圍允許，示波器自身的量程這一局限性就可以被掩蓋，這種方法的潛在缺點(diǎn)是，您可能浪費了對高端示波器的資金投入，因為目前探頭最高帶寬遠小于示波器帶寬，最高的是安捷倫提供的30GHz帶寬，其次是其它廠(chǎng)家的25GHz或20GHz探頭。

另一種應用場(chǎng)合是一致性測試、必須使用測試夾具，也因此必須使用同軸電纜，這時(shí)示波器的量程就是一個(gè)制約條件，量程是800mV, 1.2V的示波器，一方面無(wú)法應對信號幅度稍大的信號，另一方面，高速系統設計的地線(xiàn)難免有地跳動(dòng)，信號本身難免有過(guò)沖和下沖，這就制約了示波器的應用場(chǎng)合，使得您難以把它當作一臺通用儀器來(lái)使用，只能針對幅度很?。òㄟ^(guò)沖、下沖和地跳動(dòng)）的應用。

不僅是計算機行業(yè)，有很多領(lǐng)域也只用電纜來(lái)連接，這時(shí)示波器的量程就會(huì )成為制約條件。

2、 用示波器做總線(xiàn)協(xié)議分析與傳統協(xié)議分析儀的區別？

(答案由安捷倫孫燈亮提供) 現在示波器的應用軟件的發(fā)展方向之一是做串行總線(xiàn)的協(xié)議分析。

示波器做串行總線(xiàn)的協(xié)議分析的工作原理是：示波器正常采集波形，使用軟件或DSP的方式從捕獲的波形里提取協(xié)議內容。這個(gè)協(xié)議內容與傳統的協(xié)議分析儀的結果是一致的，而且可以同時(shí)看波形，同時(shí)調試協(xié)議。

但是主要不足是兩點(diǎn)：其一，除安捷倫9000、3000、7000、5000、6000系列，大部分示波器還沒(méi)法實(shí)現硬件（DSP方法）的協(xié)議觸發(fā)，特別針對高速串行總線(xiàn)，這樣在示波器的捕獲死區時(shí)間較大的情況下，很難保證捕獲的協(xié)議內容是需要的協(xié)議內容。

其二，示波器采用過(guò)采樣的方式，捕獲的協(xié)議內容長(cháng)度有限，沒(méi)法很好的做軟件級的調試。

而傳統的協(xié)議分析儀就沒(méi)有這樣的問(wèn)題，具備復雜的觸發(fā)能力和足夠的存儲深度。而且一般還有訓練器部分，不僅僅可以捕獲協(xié)議，還可以產(chǎn)生協(xié)議。
所以說(shuō)，示波器替代傳統協(xié)議分析儀還有很長(cháng)的路要走。

3、 哪些技術(shù)可以提升示波器的響應速度和波形捕獲率？它們有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

(答案由安捷倫孫燈亮提供) 調試產(chǎn)品時(shí)，響應速度、波形捕獲率率和解碼更新速率極為重要，尤其是當嘗試找出并調試偶發(fā)或間歇發(fā)生的問(wèn)題時(shí)，這是很難解決的問(wèn)題。

現在，有三種典型的方法可以提升示波器的響應速度和波形捕獲率：DPX技術(shù)，MegaZoom技術(shù)，FPGA技術(shù)

1）DPX技術(shù)：

與DSO一樣，輸入信號首先經(jīng)放大和ADC變換后得到信號的采樣值，采樣值經(jīng)過(guò)DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500*200像素、包含波形三維信息的完整流器波形圖，在不間斷捕獲過(guò)程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯存儲器發(fā)送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據顯示存儲器的內容，在顯示屏上得到采集到的波形圖。實(shí)現"信號數字化→圖形化→顯示"這樣一種波形顯示方式。

DPO技術(shù)在提升波形捕獲率方面走了開(kāi)創(chuàng )性的一部，但是仍有很大的不足，主要是：只注重波形的快速顯示，不注重進(jìn)一步的測量和分析。如果要做進(jìn)一步的測量或分析，還需要示波器退出DPO模式或快速捕獲模式，到常規采集模式，再一次捕獲，再測量和分析。

2）MegaZoom技術(shù)：

MegaZoom 技術(shù)在每個(gè)通道中引入定制的專(zhuān)用集成電路，這個(gè)集成電路把存儲器分成2部分，采用乒乓的方式，邊采集邊處理，可以迅速將采集的數據寫(xiě)入存儲器，并可以迅速地從存儲器中讀取和處理采集的數據，以進(jìn)行顯示和分析。這樣該儀器在訪(fǎng)問(wèn)所采集的數據時(shí)，可以即時(shí)響應平移和縮放控制命令。

MegaZoom 技術(shù)將更新率、即時(shí)控制響應以及深存儲器創(chuàng )新技術(shù)相結合，使能以高采樣率捕獲長(cháng)時(shí)間周期，并在停止或運行時(shí)即時(shí)放大有關(guān)的波形細節。深存儲器、前面板響應性以及顯示更新率組合到示波器中，無(wú)需特殊工作方式或存儲器深度選擇。

3）FPGA技術(shù)：

為了加快數字示波器的波形更新速率和測量運算速率，現在的中高端示波器逐漸采用了FPGA技術(shù)加快信號處理。上圖是90000A示波器的硬件架構，其中的IDA是集成數據加速處理器，是用FPGA實(shí)現的。先前，只把MegaZoom處理器軟核集成其中，現在則開(kāi)始把各種波形參數運算、協(xié)議觸發(fā)和譯碼、FFT變換集成其中，這樣即使在大數據量運算的情況下，仍然可以保證示波器的響應速度和數據處理速度。