關(guān)于示波器中測量參數的算法

“在測試信號邊沿的上升/下降時(shí)間的時(shí)候，跟我選擇的存儲深度有沒(méi)有關(guān)系。比如我使用40GS/S的采樣率測試PCIE CLK，如果在屏幕上顯示一個(gè)時(shí)鐘周期測試它的上升下降時(shí)間和我調節時(shí)基到8M的存儲深度時(shí)測試到的上升下降時(shí)間有沒(méi)有區別？”

回答:

這是一個(gè)非常好的問(wèn)題。其實(shí)我在培訓時(shí)也常問(wèn)客戶(hù)另外一個(gè)問(wèn)題：您知道示波器中上升時(shí)間是怎么確定的嗎？我在各種講座會(huì )和培訓中問(wèn)這個(gè)問(wèn)題時(shí)至今居然沒(méi)有得到過(guò)一次準確的答案！這涉及到示波器中對上升時(shí)間的算法定義。很多人知道“上升沿”的10%-90%，但“上升沿”是指什么呢？這時(shí)候工程師們會(huì )用手從波形的下面指到上面。那么從下面到上面是指下面的最小值點(diǎn)到上面的最大值點(diǎn)呢還是下面的平均值位置到上面的平均值位置呢？

示波器里計算上升沿需要定義“算法”。IEEE定義的算法如圖一所示。上升沿的確定取決于參數“top”(基頂)和“base”（基底）的確定。 正確的確定基頂和基底是正確的參數計算的基礎。在分析的開(kāi)始，示波器首先計算一個(gè)波形數據的直方圖，時(shí)間跨度由兩個(gè)時(shí)間光標之間的時(shí)間值確定，默認情況下光標是從最左邊到最右邊。例如，如果波形是在兩個(gè)狀態(tài)躍變的，那么其直方圖將包括兩個(gè)波峰。分析方法將嘗試識別包含了最大的數據密度的這兩組數據。于是，和這兩組相關(guān)聯(lián)的最大概率的狀態(tài)將被計算出來(lái)，以決定基頂和基底?；斚鄬谏喜康淖畲蟾怕饰恢?，基底相對應于下部的最大概率位置。

圖一 示波器中一些常用測量參數的算法定義

一旦確定了基頂值和基底值，上升時(shí)間和下降時(shí)間的計算就很容易了?；斨禍p去基底值就是幅值，幅值的90%和10%的門(mén)限電平之間的時(shí)間間隔就是上升時(shí)間。 如果用rise@level,可以選擇上升時(shí)間的門(mén)限電壓。如果選擇絕對設置，上升時(shí)間和下降時(shí)間的計算就是測量在上升沿或下降沿上兩個(gè)交叉點(diǎn)的時(shí)間間隔。但是，如果選擇了相對設置，在基頂線(xiàn)和基底線(xiàn)之間的垂直間隔被一個(gè)百分比分割（base=0%,top=100%），這樣來(lái)決定交叉點(diǎn)的垂直位置，在上升沿和下降沿上的交叉點(diǎn)之間的時(shí)間間隔被計算出來(lái)以得到上升時(shí)間和下降時(shí)間。

頂部和底部樣本數的多少會(huì )影響到基頂和基底確定的準確性。如果示波器上只一個(gè)時(shí)鐘周期，頂部和底部的樣本數很少，如果時(shí)鐘信號上有一點(diǎn)點(diǎn)的過(guò)沖或下沖就會(huì )影響到直方圖的分布的最大概率狀態(tài)的確定。因此，在測量時(shí)鐘我們建議屏幕上采集的周期數盡量多一些。至此，上面的問(wèn)題的答案已是不言而喻的了。

值得說(shuō)明的是，有時(shí)候示波器的參數下方的狀態(tài)顯示中有 的圖標，脈沖上的一個(gè)十字表示示波器不能夠確定基頂和基底,但是，測量仍然是有效的。

圖二 一些時(shí)間參數的定義