選擇合適的示波器進(jìn)行高速電路調試和驗證

隱藏在正常信號里的異常（偶發(fā)性故障），是調試電路錯誤的一種關(guān)鍵對象。發(fā)現偶發(fā)性故障對于調試工具提出了很高的要求——調試工具的波形捕獲概率要足夠高，漏失率要足夠低，才能快速可靠地發(fā)現這些偶發(fā)的異常，為我們下一步定位問(wèn)題提供足夠的信息。正像圖四中看到的例子，一秒發(fā)生一次的故障，可能來(lái)自于時(shí)鐘電路的周期性失效，也可能源于其它電路的干擾。由于這種失效或者干擾的出現概率可能只有幾百萬(wàn)分之一甚至更低，所以對于傳統數字存儲示波器不到2％的捕獲概率來(lái)講，要以比較高的置信度來(lái)發(fā)現這些問(wèn)題，需要花費很長(cháng)的時(shí)間。這時(shí)，數字熒光示波器的優(yōu)勢就顯現出來(lái)了，它高達數十萬(wàn)次的波形捕獲率和最高可超過(guò) 60％的捕獲概率，可以幫助調試人員迅速“看到”問(wèn)題，減少在眾多正常信號里面搜尋故障的時(shí)間——結果，您可能只需要幾秒鐘，而不是數分鐘、數小時(shí)甚至幾天的時(shí)間，就能發(fā)現令人頭痛的偶發(fā)性錯誤。

事實(shí)上，偶發(fā)性故障對于調試人員來(lái)說(shuō)本來(lái)是未知的——在有限的觀(guān)測時(shí)間內，發(fā)現問(wèn)題的概率越高，則調試的效率越高。這時(shí)數字熒光示波器的價(jià)值更加明顯——DPO觀(guān)測一段時(shí)間所獲得的信息量，用數字存儲示波器可能需要數十倍甚至數百倍的時(shí)間才能完成。所以，DPO是現今數字示波器領(lǐng)域，能最快發(fā)現問(wèn)題的調試工具。還是圖四的例子，使用DPO觀(guān)測10秒鐘，發(fā)現一秒一次的故障的概率大約是 99.99%。而使用數字存儲示波器，達到同樣的捕獲概率需要約450秒，也就是七分半鐘，差別一目了然。從這種意義上來(lái)講，DPO提供的不僅僅是遠遠領(lǐng)先的效率，更加為調試人員增添了無(wú)以倫比的信心。

發(fā)現問(wèn)題，完成了調試中關(guān)鍵的一步。下一步就是定位問(wèn)題。

在定位問(wèn)題上，業(yè)界有兩種方法：一種是使用長(cháng)內存，抓取很長(cháng)的數據量，然后通過(guò)肉眼觀(guān)測或者搜索插件來(lái)找到關(guān)心的問(wèn)題點(diǎn)；另一種是使用觸發(fā)，直接定位需要的的波形細節。這兩種方法，實(shí)際上是有其技術(shù)背景的：第一種方法是除了泰克公司以外的其它示波器生產(chǎn)商支持的——在沒(méi)有DPX并行處理技術(shù)，波形捕獲率低的情況下，“放大網(wǎng)，抓小魚(yú)”成了唯一的解決方案；加之這些廠(chǎng)商產(chǎn)品的高級觸發(fā)模式的觸發(fā)帶寬一般在800MHz以下，“抓取——篩選”也是這些示波器最容易實(shí)現的對高速信號“定位問(wèn)題”的方法。數字熒光示波器更傾向于后一種方法：在DPX波形捕獲技術(shù)發(fā)現問(wèn)題以后，使用得到的波形異常信息設置Pinpoint 觸發(fā)系統的高級觸發(fā)條件，直接定位問(wèn)題。

調試時(shí)使用長(cháng)內存加查找來(lái)定位問(wèn)題，好比是用攝像機攝錄下一段時(shí)間的風(fēng)景，然后再返回去查看所有記錄來(lái)搜索我們想看的景色；硬件觸發(fā)定位，類(lèi)似高性能照相機加準確的快門(mén)設置，直接拍下我們關(guān)心的景色。兩種方法在效率上的優(yōu)劣一看自明。

另一方面，使用長(cháng)內存來(lái)直接“定位問(wèn)題”，并沒(méi)有從根本上改善數字存儲示波器高漏失率的問(wèn)題。在圖四的例子里面，如果使用目前業(yè)界高速內存最長(cháng)的數字存儲示波器，其可以提供最高20G的采樣率和100M存儲深度。您可以發(fā)現，即時(shí)使用全部100M存儲空間，在20G采樣率下只能無(wú)漏失地捕獲5ms長(cháng)度的波形；而處理這100M的數據，這種示波器通常需要幾秒到幾分鐘的時(shí)間，漏失概率高達99.5%以上。所以在不知道偶發(fā)故障主要參數的前提下使用長(cháng)內存加搜索，其調試過(guò)程好比高射炮打蚊子，命中率極低。

DPO的高波形捕獲率，能在很短時(shí)間內發(fā)現信號的異常，如毛刺、欠幅脈沖、建立/保持時(shí)間違規、邊沿速率或者單調性問(wèn)題等等，并能以色溫等方式告知其發(fā)生頻度。用戶(hù)使用基于DPX捕獲技術(shù)的快采（FastAcq）方式捕獲了這些問(wèn)題以后，就可以使用簡(jiǎn)單的如光標測量等方式確定其主要參數，并將這些參數作為觸發(fā)條件，就可以直接定位故障了。

用來(lái)定位故障的觸發(fā)系統，各公司使用的技術(shù)也是不一樣的。雖然各個(gè)廠(chǎng)商均宣稱(chēng)在觸發(fā)系統上使用了SiGe的高速半導體技術(shù)，但是真實(shí)效果卻有待研判。泰克公司在中高端數示波器中使用的 Pinpoint雙觸發(fā)系統，使用了完全的SiGe 技術(shù)，這種高帶寬、低功耗、低噪聲的半導體技術(shù)造就了Pinpoint觸發(fā)系統的強大性能：擁有業(yè)界最多的觸發(fā)模式——除了邊沿觸發(fā)外，還提供毛刺、欠幅脈沖、寬度、轉化時(shí)間、超時(shí)、碼型、狀態(tài)、建立/保持時(shí)間、窗口、通信相關(guān)觸發(fā)和串行碼型和解碼觸發(fā)等多種高級觸發(fā)模式；業(yè)界最高的觸發(fā)帶寬——前十大類(lèi)觸發(fā)模式的觸發(fā)帶寬都可高達9GHz，串行碼型觸發(fā)可支持高達3.125Gbps的碼流；業(yè)界最強大的組合觸發(fā)模式——通過(guò)時(shí)間延時(shí)或事件延時(shí)，以及時(shí)間 /狀態(tài)/轉換復位控制，Pinpoint觸發(fā)系統可提供超過(guò)1400種組合觸發(fā)模式。所以該觸發(fā)系統可以幾乎不受限制地設置各種觸發(fā)條件。相比起來(lái)，其它廠(chǎng)商的示波器觸發(fā)系統，一般僅僅能在邊沿觸發(fā)這種繼承于模擬示波器的觸發(fā)模式上有可與示波器匹配的觸發(fā)帶寬。而在高級（智能、違規）觸發(fā)模式下，這些示波器一般僅能夠提供不高于800MHz的觸發(fā)能力。這對于當前的高性能、超高性能示波器來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有任何意義。

有些調試人員可能會(huì )有這樣的疑問(wèn)：用DPX快采看到的故障，如果是不可重復的，那觸發(fā)系統再強大也捕獲不了??？不錯，如果故障是單次的、不可重復的，那示波器是不能重新捕獲的。但是，您完全沒(méi)有必要擔心，事實(shí)上，純粹的不可重復故障并不是調試工作的任務(wù)，我們在調試時(shí)也不必關(guān)心這種問(wèn)題。它可能源自一些非本電路的原因，如電力系統偶然失效、突發(fā)外部EMI干擾等——既然不會(huì )重復，我們?yōu)槭裁匆獡哪兀?P>當然，如果調試人員已經(jīng)習慣使用長(cháng)內存的方式定位故障，DPO 也能勝任。實(shí)時(shí)數字熒光示波器是現在業(yè)界內存最長(cháng)、處理速度最快的產(chǎn)品。它能在每通道上提供100M存儲深度，單通道下最高可達400M。400M是一個(gè)非常優(yōu)秀的指標，在20G采樣率下，400M存儲深度可以捕獲從工頻50Hz直到示波器滿(mǎn)帶寬的頻譜成份，這在高性能示波器里面還是首屈一指的。

下面就是分析問(wèn)題。示波器能提供的分析方法一般有：自動(dòng)測量、數學(xué)運算、頻譜分析、濾波和其它分析?，F代示波器一般都使用開(kāi)放式的Windows操作系統，較為容易實(shí)現分析功能的擴展。

DPO 提供的標準配置分析功能很多。在自動(dòng)測量方面，有關(guān)于幅度、時(shí)間、組合、直方圖和眼圖的53種測試項；在數學(xué)運算方面，有數十種運算符號可供調試人員自由編輯；頻譜分析方面，除了一般示波器可以提供的基本FFT頻譜分析儀外，DPO還提供高級的FFT分析，您可以設置中心頻率、頻譜跨度、分辨率帶寬和選擇合適的窗口函數（總共8種）；DPO也提供用戶(hù)自定義的FIR濾波器功能，用戶(hù)可以使用低通、高通、帶通、帶阻、平滑等濾波器。此外，泰克還提供幾十個(gè)免費小插件，使用這些小插件，可以輕松實(shí)現諸如“觸發(fā)－存盤(pán)”、“測量－歸檔”這樣的自動(dòng)操作。另外，通過(guò)選件支持，用戶(hù)還可以進(jìn)行抖動(dòng)分析、功率測量等高級測量。

有幾個(gè)分析工具是值得注意的：第一個(gè)是快幀（FastFrame），它能將內存分段，連續觸發(fā)，用戶(hù)可設置觸發(fā)捕獲次數。當示波器捕獲用戶(hù)要求的次數后，每次捕獲的信息都存入內存。用戶(hù)可以觀(guān)察每次捕獲的波形（觀(guān)察單個(gè)或者疊放），并且可以了解每次觸發(fā)的時(shí)間（精確到皮秒）。這個(gè)功能對測量故障或者低占空比脈沖信號的頻率和重復性有很大的幫助。和業(yè)界其它類(lèi)似功能相比，DPO的快幀功能擁有最快的連續觸發(fā)速率和最準確的定時(shí)精度；

第二個(gè)是DPX快采數據的自動(dòng)測量功能。之前有人認為DPX快采的數據不能進(jìn)行測試。事實(shí)上，DPX采集生成的波形數據庫不僅可以測量，而且由于其本來(lái)就有統計效果，所以該三維數據庫的信息用作重復信號或者有重復特性的信號的測量時(shí)，標準偏差（std. deviation）還較其它采集模式下小很多，亦即測試結果更準確。