復雜信號內部捕獲所面臨的常見(jiàn)挑戰分析

為捕獲和找到復雜信號的適當特點(diǎn)，設計工程師可能要用幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間收集和分類(lèi)數千次采集，以找到關(guān)心的事件。但是如果通過(guò)定義觸發(fā)，隔離所需的事件，只顯示事件發(fā)生時(shí)的數據，則可以大大加快這一過(guò)程。

例如，MSO/DPO5000、DPO7000C和DPO/DSA/MSO70000C/D系列示波器選配的可視觸發(fā)模塊就能掃描所有模擬波形采集，并與屏幕上的區域和幾何形狀進(jìn)行對比，迅速簡(jiǎn)便地識別所需的波形。本文將討論在復雜的信號內部捕獲關(guān)心的事件所面臨的某些常見(jiàn)挑戰，以及怎樣使用可視觸發(fā)功能克服這些挑戰。

基本示波器觸發(fā)

示波器包含一條專(zhuān)用硬件電路，稱(chēng)為觸發(fā)器，允許以可預測的方式采集和顯示時(shí)間相關(guān)的信號。通過(guò)在示波器顯示屏上在相同的水平位置顯示相同部分的輸入信號，觸發(fā)器可以靜止顯示重復波形。

邊沿觸發(fā)是最簡(jiǎn)單的觸發(fā)模式，它識別越過(guò)指定門(mén)限電平的信號部分，然后把該交點(diǎn)放在顯示屏的觸發(fā)點(diǎn)上。高級觸發(fā)模式（包括欠幅脈沖觸發(fā)、毛刺觸發(fā)、脈寬觸發(fā)、超時(shí)觸發(fā)、跳變觸發(fā)、碼型觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、建立時(shí)間/保持時(shí)間違規觸發(fā)、窗口觸發(fā)、通信觸發(fā)、串行碼型觸發(fā)或事件順序觸發(fā)）允許指定更加復雜的信號特點(diǎn)。

但是，即使是最先進(jìn)的示波器觸發(fā)硬件，識別的信號特點(diǎn)也是有限的，必須使用數字值指定這些特點(diǎn)，如電壓電平或脈寬。示波器是可視設備，許多工程師想以圖形方式與儀器互動(dòng)，特別是在處理復雜信號時(shí)。

某些示波器允許工程師使用鼠標或觸摸屏在顯示屏上畫(huà)一個(gè)“框”，定義圖形縮放、直方圖分析或測量門(mén)的區域?？梢曈|發(fā)選項擴展了這一功能，允許以圖形方式定義觸發(fā)標準。

可視觸發(fā)

可視觸發(fā)掃描所有采集的模擬波形，以圖形方式與顯示屏上的幾何形狀進(jìn)行對比，迅速簡(jiǎn)便地識別所需的波形事件?？梢曈|發(fā)丟棄采集中沒(méi)有滿(mǎn)足圖形定義的波形，把示波器的觸發(fā)功能擴展到傳統的硬件觸發(fā)系統之上。

盡管可視觸發(fā)表面上與模板測試類(lèi)似，都是以圖形方式比較采集的波形與顯示屏上的模板區域，但兩者有一個(gè)重要差別?？梢曈|發(fā)實(shí)際丟棄的是不滿(mǎn)足指定形狀的波形，因此只顯示、測量及保存滿(mǎn)足標準的波形以供參考。

可視觸發(fā)流程首先要設置示波器硬件觸發(fā)系統，在Normal觸發(fā)模式下采集波形。觸發(fā)可以是簡(jiǎn)單的邊沿觸發(fā)，也可以是復雜的多狀態(tài)觸發(fā)、并行觸發(fā)、串行觸發(fā)或視頻觸發(fā)。這種觸發(fā)設置在可視觸發(fā)窗口中以圖形方式表示，如圖1所示，在硬件串行觸發(fā)后面是可視觸發(fā)。

可以使用鼠標或觸摸屏，創(chuàng )建最多8個(gè)可視觸發(fā)區域，可以使用各種形狀（三角形、矩形、六邊形或梯形）指定所需的觸發(fā)特點(diǎn)。一旦在示波器顯示屏或格線(xiàn)上創(chuàng )建了形狀，可以重新放置形狀的位置，或動(dòng)態(tài)重新確定形狀大小，創(chuàng )建理想的觸發(fā)條件。

每個(gè)可視觸發(fā)區域與一條特定的模擬輸入通道相關(guān)。在默認情況下，這些區域是矩形，在創(chuàng )建時(shí)與“選擇的通道”有關(guān)。一旦創(chuàng )建，工程師可以改變區域形狀、相關(guān)通道及信號是否必須落在區域內還是落在區域外。

最后，工程師可以編寫(xiě)邏輯公式，說(shuō)明可視觸發(fā)怎樣使用各種區域，確定顯示哪些采集的波形、丟棄哪些采集的波形。例如，圖1所示的公式“（（C1 IN A1） （C1 INA2））”指明了來(lái)自通道1的信號樣點(diǎn)必須位于區域A1內，來(lái)自通道1的信號樣點(diǎn)必須落在區域A2內。

圖1.可視觸發(fā)控制窗口。

在基本了解了可視觸發(fā)之后，現在結合下面這些應用實(shí)例來(lái)深入理解。

我們首先以圖2中所示的I2C時(shí)鐘為例。時(shí)鐘脈沖發(fā)生在8個(gè)以上的突發(fā)中。正常情況下，可以使用邊沿觸發(fā)或脈寬觸發(fā)，把脈沖穩定在畫(huà)面中心。但畫(huà)面其余部分顯示不同長(cháng)度的突發(fā)重疊在一起。示波器怎樣只捕獲由8個(gè)時(shí)鐘周期組成的隔離突發(fā)呢？

圖2. 突發(fā)的邊沿觸發(fā)I2C時(shí)鐘信號。

可以使用可視觸發(fā)輕松完成這一操作。通過(guò)在第一個(gè)脈沖前面畫(huà)一個(gè)“Must be outside”（必須落在外面）區域，在第8個(gè)脈沖后面畫(huà)一個(gè)“Must be outside”（必須落在外面）區域，如圖3所示，工程師可以定義可視觸發(fā)設置，只捕獲指定的突發(fā)寬度。

圖3. 突發(fā)寬度可視觸發(fā)。

注意圖3畫(huà)面左上角顯示的可視觸發(fā)公式“（（C1 OUTA1） （C1 OUT A2））”。這個(gè)公式提供可視觸發(fā)運算的邏輯描述。在默認狀態(tài)下，可視觸發(fā)公式把多個(gè)邏輯要素“AND”在一起。這種默認行為通常適用于簡(jiǎn)單的應用。

可視觸發(fā)通過(guò)指定最多8個(gè)不同區域，并把每個(gè)區域與示波器任意模擬輸入信號關(guān)聯(lián)起來(lái)，限定觸發(fā)設置。本例中仍以I2C信號為例，區域1為串行信號提供成幀，要求時(shí)鐘（黃色通道1信號）在擴展的時(shí)間周期內保持空閑。然后其余7個(gè)區域用來(lái)指定串行數據碼型（青色通道2信號）。

在圖4所示實(shí)例中，數字碼型為101 0100，在時(shí)鐘信號的上升沿采樣?？梢哉{節該數據碼型區域的水平位置，對應時(shí)鐘邊沿周?chē)行У亟r(shí)間和保持時(shí)間，可以調節區域的垂直長(cháng)度和位置，對應有效的高邏輯電平和低邏輯電平。在調節每個(gè)區域的尺寸和位置時(shí)，將顯示矩形每一側的電壓值和時(shí)間值，協(xié)助精確定位。

圖4. 101 0100 I2C 串行數據碼型上的串行觸發(fā)。

布爾邏輯觸發(fā)限定

某些應用要求的可視觸發(fā)邏輯要比把所有可視觸發(fā)區域結果簡(jiǎn)單地“AND”在一起復雜。在下面的實(shí)例中，在信號成幀后，示波器可以設置成在2位串行數據碼型“01”或“10”發(fā)生時(shí)觸發(fā)采集，這可以表達為：

使用邏輯OR （‘|’）函數時(shí)：

（（（C2 OUT A2） （C2 IN A3）） | （（C2 IN A2） （C2 OUT A3）））

使用邏輯XOR （‘^’）函數時(shí)簡(jiǎn)化為：

（（C2 IN A2） ^ （C2 IN A3））

數字信號監測，找到偶發(fā)異常事件

可視觸發(fā)概念可以擴展到監測信號中偶發(fā)的或查找困難的異常事件。如圖5中的FastAcq模式所示，10Mb/s數據信號有偶發(fā)毛刺和欠幅脈沖，可以使用標配毛刺或欠幅脈沖硬件觸發(fā)捕獲這些異常事件。但是，如圖6所示，由于使用可視觸發(fā)時(shí)提供了各種形狀，因此可以同時(shí)監測、然后捕獲數字數據信號上各種異常事件。

圖5. 數據信號上的間歇性異常事件。

圖6. 可視觸發(fā)捕獲異常事件。

可視觸發(fā)的DDR眼圖

對存儲檢驗應用，可視觸發(fā)可以幫助區分排列的DDR存儲陣列內部多個(gè)列的信號。

圖7是DDR3閘門(mén)信號（黃色通道1信號）和數據信號（青色通道2信號）的眼圖畫(huà)面。由于總線(xiàn)上多個(gè)器件共享DDR3數據線(xiàn)和閘門(mén)線(xiàn)，因此閘門(mén)眼圖和數據眼圖有兩個(gè)不同的幅度電平。較高的幅度對應存儲器陣列內部的目標列，較低的幅度對應另一列。在這種檢驗測試中，需要在眼圖中采集數百萬(wàn)個(gè)數據位，但需要采集的只是來(lái)自所需列或目標列的位。

圖7. 限定前的眼圖。

為只評估目標列的眼圖，我們使用可視觸發(fā)，只捕獲和顯示來(lái)自目標列的信號。如圖8所示，方形區域A1和A2的位置不包括較低幅度的閘門(mén)信號，六邊形區域A3放在眼圖中心，尺寸不包括較低幅度的數據信號。通過(guò)使用可視觸發(fā)，所需列的信號分析可以隔開(kāi)，分析起來(lái)針對性更強。