【360度看新一代示波器】系列之五： 使用FlexChannel應對多總線(xiàn)系統調試

多數嵌入式系統都采用多總線(xiàn)結構，為了觀(guān)察這些系統，調試和檢驗工具必須能夠顯示多條總線(xiàn)的活動(dòng)，以及傳感器、促動(dòng)器、顯示器和接口信號。挑戰在于不僅要查看多條總線(xiàn)，而且每條總線(xiàn)都要求不同的信令傳送方法，因此需要不同的探測方法。某些總線(xiàn)可以使用單端測量觀(guān)察，其他總線(xiàn)則要求差分測量。為了查看多條總線(xiàn)，您可能要利用數字邏輯通道，大大擴展通道數量。

新型FlexChannel 輸入通道可以使用范圍最廣泛的探頭，滿(mǎn)足測量多個(gè)不同信號的需求。每條FlexChannel 可以測量：

?        使用無(wú)源探頭測量一個(gè)單端模擬信號

?        使用 TLP058 邏輯探頭接入 8 條數字通道，測量 8 個(gè)數字邏輯信號。

?       使用 TekVPI差分電壓探頭測量 1 個(gè)差分電壓信號。

?       使用 IsoVuTM 隔離測量系統測量1 個(gè)光隔離差分電壓信號

?       使用 TekVPI電流探頭測量 1 個(gè)電流信號

泰克新4系列MSO示波器的FlexChannel技術(shù)使每個(gè)通道的輸入都可以用作一個(gè)模擬通道或8個(gè)數字邏輯輸入(使用TLP058邏輯探頭)，或同時(shí)使用模擬和頻譜視圖，每個(gè)域都有獨立的采集控制，可以根據需求進(jìn)行靈活配置。要想捕獲高保真總線(xiàn)信號，需要重點(diǎn)考慮幾個(gè)方面的因素。

采集單端總線(xiàn)信號

許多常用的低速和中速總線(xiàn)都采用單端信令，用相對于系統接地的特定電壓表示數字信號。一般使用示波器標配無(wú)源電壓探頭或使用混合信號示波器上的數字探頭捕獲這些模擬信號。FlexChannel 輸入同時(shí)支持這兩種探頭類(lèi)型，應考慮的部分重要因素包括：

?       地線(xiàn)要盡可能短。為了成功地采集模擬信號，首先要保證每條通道的基準電壓通過(guò)低電感路徑連接到示波器上。

?   確保測量系統的上升時(shí)間小于信號上升時(shí)間的五分之一。示波器和探頭的性能必須能夠充分真實(shí)地表示信號。常用準則是確保測量系統的帶寬至少是信號帶寬的五倍，采樣率至少是信號帶寬的3-5 倍。

?   對 MSO 上的數字邏輯電路，示波器和探頭的綜合系統帶寬應足以捕獲信號，數字通道上的采樣率應至少是信號頻率的10 倍。性能通常用帶寬或可以檢測的最小脈寬表示。

?   確保探頭阻抗相對于信號源阻抗很大，最大限度地降低探頭負載對信號的影響。

?   對低功率電路，這主要是探頭的輸入電阻；對高速信號，這主要是探頭的輸入電容。

采集差分總線(xiàn)信號

為改善總線(xiàn)抗噪聲能力，同時(shí)為了改善更高速的總線(xiàn)的信號完整性，通常會(huì )使用差分信令。與單端信令不同，差分信令用兩個(gè)信號之間的電壓差表示。對某些低頻率應用，可以使用單端探頭捕獲差分信號的每一側，示波器可以計算數學(xué)差。在實(shí)踐中，由于探頭增益、傳播延遲和補償差異，這種技術(shù)特別容易發(fā)生錯誤。捕獲差分信號最可靠的方式是使用有源差分探頭，其在探頭尖端采用差分放大器，來(lái)傳感電壓差異。

上面列明的單端探頭的性能考慮因素同樣也適用于數字探頭。但是，必須注意差分探頭能夠忽略或抑制共模信號。這些探頭的一個(gè)主要指標是關(guān)心的頻率上的共模抑制比(CMRR)。泰克提供了各種不同性能的差分探頭，包括為最苛刻的測量環(huán)境設計的光隔離IsoVuTM 差分測量系統。

對所有信令方式 - 閾值是關(guān)鍵

不管采用哪種技術(shù)捕獲信號，總線(xiàn)信號的模擬表示一般都連接到示波器上。在正確解釋總線(xiàn)信號前，模擬信號必須與閾值對比，如果超過(guò)閾值，那么一般解釋為高(“1”)；如果低于閾值，那么一般解釋為(“0”)。( 在某些情況下，模擬電壓會(huì )與數字邏輯探頭內部的閾值進(jìn)行對比。)

許多嵌入式設計基于多個(gè)邏輯家族，要求使用各種數字閾值。有的示波器支持每條通道設置專(zhuān)用閾值，可以實(shí)現最大的調試靈活性和采集保真度。

使用波形觸發(fā)模式隔離信號完整性問(wèn)題

在調試并行總線(xiàn)或串行總線(xiàn)的信號完整性問(wèn)題時(shí)，首先應使用高級示波器中的標準觸發(fā)模式，捕獲違反設計規范的信號：

?   可以使用脈寬觸發(fā)，隔離時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)上的毛刺和最小脈寬違規。

?   可以使用超時(shí)觸發(fā)，隔離漏掉的脈沖，如時(shí)鐘信號中。

?   可以使用上升時(shí)間和下降時(shí)間觸發(fā)，隔離設計中太快或太慢的信號邊沿。

?   可以使用欠幅脈沖和窗口觸發(fā)，隔離幅度不正確、太低或太高的數字信號。

?   多通道建立時(shí)間和保持時(shí)間觸發(fā)功能會(huì )把一個(gè)或多個(gè)數據信號的定時(shí)與時(shí)鐘信號進(jìn)行對比，檢測元器件建立時(shí)間和保持時(shí)間違規。

嵌入式系統設計越來(lái)越復雜，集成的信號種類(lèi)越來(lái)越多。一旦解決了任何信號完整性問(wèn)題，接下來(lái)要檢驗更廣泛的系統的工作方式是否符合預期。新系列MSO為調試和檢驗多總線(xiàn)系統提供了最優(yōu)秀的工具，它采用15.6 英寸超大高清顯示器，顯示區域是10.4 英寸顯示器的兩倍，高清分辨率可以支持多個(gè)信號和總線(xiàn)。