調試嵌入式系統的理想混合信號示波器DLM2000系列
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從數字家電到汽車(chē)，通過(guò)處理器和軟件來(lái)實(shí)現完美功能的嵌入式系統正被廣泛應用于各行各業(yè)。即使從系統輸入或輸出的信號是通過(guò)傳感器或語(yǔ)音轉換器等的模擬信號，處理器處理的是經(jīng)A/D轉換的數字信號。為調試此類(lèi)系統，越來(lái)越多的行業(yè)需要解析數字信號并確認相關(guān)動(dòng)作。
為滿(mǎn)足這種需求，橫河公司開(kāi)發(fā)了DLM2000系列混合信號示波器，它緊湊、輕便、外形美觀(guān)——293mm(高) ×226mm(寬) × 193mm(深)、4.5kg，（如圖1），同時(shí)還繼承了以往DL1000系列的外觀(guān)。DLM2000系列標配8-bit邏輯輸入，具備先進(jìn)的波形顯示性能與波形分析功能。
產(chǎn)品名稱(chēng)DLM2000表示在客戶(hù)熟悉的DL系列基礎上增加了混合模擬/數字系統分析(混合信號示波器)，即“M”代表的意義。
2. 概述
DLM2000系列數字示波器的基本特點(diǎn)有：頻率帶寬最高達500MHz、最大采樣率達2.5GS/s、存儲深度最高達125Mpts。
DLM2000的特有功能之一是，可以將模擬輸入通道中的一個(gè)通道(CH4)切換為8-bit邏輯輸入并顯示信號。因此，該系列既可用于傳統的4通道模擬輸入，也可用作混合信號示波器(由3個(gè)模擬通道和1個(gè)8-bit邏輯輸入通道組成)；4個(gè)模擬通道和8-bit邏輯輸入的組合可以作為觸發(fā)源使用。
在開(kāi)發(fā)此系列產(chǎn)品的同時(shí)，橫河公司也開(kāi)發(fā)了ScopeCORETM引擎(如圖2)。此引擎集以下功能于一身：1)信號處理(可以從A/D轉換數據生成顯示數據，運算各種波形和參數，執行其他功能)；2)觸發(fā)檢測。因此，DLM與以往型號相比，體積減少了25%，功耗降低了15%。
ScopeCORETM引擎基于專(zhuān)用架構對信號進(jìn)行處理，它提供了高波形采集速率、改進(jìn)的數據處理能力和波形顯示性能。這使DLM2000混合信號示波器擁有顯示灰度級，就象一臺便攜式模擬示波器。
3. 特有功能
標準配備邏輯輸入的混合信號示波器
對于數字家電或汽車(chē)控制等行業(yè)的嵌入式系統，“數字控制+模擬波形觀(guān)測”的要求越來(lái)越多?，F有4通道模擬示波器的測量通道太少，難以處理某些工程的需要。例如，連接內部設備控制至SPI總線(xiàn)(3線(xiàn)或4線(xiàn))并觀(guān)測電機驅動(dòng)的模擬信號；或觀(guān)測汽車(chē)引擎控制單元(ECU)中數字控制信號和內部模擬信號之間的時(shí)序。
DLM2000系列標準配備了8-bit邏輯輸入，可以全力支持模擬/數字混合系統。
通過(guò)ScopeCORETM引擎，模擬與邏輯輸入的切換在數據采集部分進(jìn)行。由于獲得的邏輯數據保存在模擬通道4的區域內，數據的流動(dòng)與模擬數據沒(méi)有區別(但是會(huì )對邏輯數據的顯示進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的處理)，因此，即使打開(kāi)邏輯顯示也可以保持高波形采集速率，確保不錯過(guò)罕見(jiàn)事件(如圖3)。
同樣，邏輯波形的演示也與模擬波形的顯示（疊加顯示）沒(méi)有區別，因此，可以直觀(guān)地觀(guān)察到模擬信號和邏輯信號之間的時(shí)序關(guān)系。
圖4描述了如何生成邏輯顯示數據。硬件部分是專(zhuān)為復合顯示設計的：通過(guò)檢測每比特的H/L產(chǎn)生上限/下限數據，并采用與模擬信號一樣的方式在垂直線(xiàn)區域進(jìn)行差值。
圖4
由于所有模擬和邏輯輸入都被連接到觸發(fā)電路，無(wú)論如何切換模擬/邏輯顯示，所有觸發(fā)組合都可以實(shí)現。在組合觸發(fā)中，所有通道(包括邏輯)和比特之間的觸發(fā)延遲均小于2ns。 圖5是ScopeCORETMTM引擎的結構圖。
圖5
另外，通過(guò)邏輯功能使用新開(kāi)發(fā)的邏輯探頭(701989) *可以設置每比特的閾值。這樣，就可以在邏輯輸入中觀(guān)測有著(zhù)不同電平的I2C和SPI總線(xiàn)接口。
*邏輯探頭(701989)另售。
亮度等級和歷史功能
對系統設計進(jìn)行調試時(shí)，確認罕見(jiàn)現象并在很短的時(shí)間內弄清電路的運行條件是非常重要的。為了增加捕捉罕見(jiàn)現象的機會(huì )，對工程師來(lái)說(shuō)最重要的就是提高數據處理性能，如增加每秒的采樣數量，在大量的采樣數據中基于盡可能多的信息生成圖像。
通過(guò)歷史存儲功能，DLM2000系列擁有了更快的波形采集速率。歷史存儲功能是保證橫河產(chǎn)品在競爭中脫穎而出的特有功能，此功能可以追溯分析過(guò)去采集到的波形。
通過(guò)ScopeCORETM引擎，波形采集并不與顯示周期(60Hz)同步。在原始數據處理部分，波形數據將被采集n次，然后保存至歷史存儲器中，這都不與顯示周期同步。產(chǎn)生顯示數據的部分通過(guò)提取歷史數據的n屏像素并累積所有重疊采樣點(diǎn)生成數據。累積的頻率信息將被轉換成亮度，并發(fā)送到顯示內存中。圖6顯示了發(fā)送顯示數據信息的同時(shí)數據采集的執行過(guò)程。
圖6
通過(guò)重復這些處理過(guò)程，波形采集速率可以高達20000屏/秒，并可以用不同的亮度等級進(jìn)行顯示(如圖7)。
以下表格體現了存儲長(cháng)度和最大波形采集速率之間的關(guān)系。
此外，歷史功能的時(shí)間標記信息也得到了加強。以前，保留在歷史內存中的采集波形的時(shí)間標記精度是10ms。這就意味著(zhù)對于以N單次序列采集到的那些波形來(lái)說(shuō)，歷史內存中很多屏的時(shí)間標記都是相同的。而現在，可以50ns的分辨率顯示時(shí)間標記，此分辨率與采樣率成正比(如圖8)。
提高歷史功能的時(shí)間標記精度后，時(shí)間標記可用于觀(guān)測與發(fā)動(dòng)機RPM(每分鐘轉數)相關(guān)的點(diǎn)火脈沖波形。將點(diǎn)火脈沖設為觸發(fā)條件并累積歷史波形，可以推算出發(fā)動(dòng)機的RPM—觸發(fā)間隔(歷史時(shí)間標記間隔)短表示RPM高；觸發(fā)間隔長(cháng)表示RPM低。
支持長(cháng)存儲
為了讓系統總線(xiàn)速度更快，觀(guān)測電源波動(dòng)并執行嵌入式系統的其他任務(wù)時(shí)，工程師們需要在保持高采樣率的情況下長(cháng)時(shí)間觀(guān)測波形。工程師們越來(lái)越多地需要在高速采樣下連續、長(cháng)時(shí)間采集波形，以評估通信波形的質(zhì)量(噪聲、轉換時(shí)間等)，比如汽車(chē)電子產(chǎn)品，因為此時(shí)需要確認快速的變化以及無(wú)法預測的現象。
橫河DLM2000系列的連續采集存儲長(cháng)度已經(jīng)達到12.5Mpts。這就意味著(zhù)DLM2000可以在時(shí)間長(cháng)度為5秒的波形采集中，以2.5MS/s的采樣率( 5倍于比特率)觀(guān)測500Kbps的CAN(汽車(chē)局域網(wǎng))信號波形(如圖9)。
此外，采集時(shí)間范圍可達500s/div，可以采集長(cháng)達5000秒的波形，以觀(guān)測象電源電壓這樣的長(cháng)期變化的信號。
在單次采集模式下，最大存儲深度是125 Mpts。觀(guān)測信號運行的細節時(shí)，必須以與信號變化相對應的采樣率對波形進(jìn)行采樣。按照公式“采樣率=存儲長(cháng)度/波形采集時(shí)間”，設置相同的波形采集時(shí)間后，更長(cháng)的存儲深度可以較高的采樣率觀(guān)測波形。
通過(guò)ScopeCORETM引擎，可以暢通無(wú)阻地分析長(cháng)存儲數據。單憑主要波形的某些特性很難從大量的數據中得到所需的信息。DLM配備了搜索引擎，它可以設置與觸發(fā)相類(lèi)似的條件從采集波形中搜索到想要的數據。
在縮放區域內可以縮放檢測到的數據，縮放因子可以設為比T/div更高的分辨率，這樣就可以在高分辨率下查看感興趣的波形。
4.總結
DLM2000系列是一款中端(500MHz頻率帶寬、最大采樣率達2.5GS/s)的混合信號示波器。此系列標準配備了8-bit邏輯輸入，無(wú)論是否打開(kāi)邏輯顯示，都具有更快的波形采集速率和數據處理能力。此系列還可以直觀(guān)地顯示各種現象——以亮度對應重疊的采樣點(diǎn)，這些采樣點(diǎn)被轉換成色彩并在XGA分辨率的廣視角LCD上顯示出來(lái)。
DLM2000系列混合信號示波器以其輕便小巧的外形和超強的波形處理能力，可充分提高工作效率，尤其在調試數字控制的嵌入式系統時(shí)更顯卓越。
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