利用普通數字存儲示波器排除嵌入式系統數字類(lèi)故障

雖然目前的服務(wù)器和PC越來(lái)越青睞先進(jìn)高速處理器，但是低檔的20或30MHz處理器在現實(shí)生活中還在發(fā)揮作用。盡管這些粗笨的微處理器設計陳舊，已有多年歷史，它們卻依然在機械、消費類(lèi)電子及車(chē)用電器中占有一席之地。

這些嵌入式處理器及其應用有什么共同點(diǎn)呢？歸納起來(lái)有這樣幾個(gè)明顯特征：第一，這類(lèi)處理器經(jīng)過(guò)很多產(chǎn)品充分驗證，人們都非常了解，而且開(kāi)發(fā)可得到廣泛支持，易于設計；第二，與現有高端方案比較，其時(shí)鐘速率相對較慢，總線(xiàn)速率也很慢；第三，應用系統（從自動(dòng)售飲料機到航空電子設備）必須要有很高的可靠性；最后，成本（包括設計、制造和維護費用）必須盡可能低。

還有一個(gè)特性值得注意，即目前存在這樣一個(gè)穩定的發(fā)展趨勢，這些嵌入式器件和總線(xiàn)時(shí)鐘速率都在不斷提高，倒不是說(shuō)要趕上速度最快的服務(wù)器，而是將朝“短時(shí)鐘周期”器件方向發(fā)展，時(shí)鐘速率比以前快5～6倍。和過(guò)去的處理器相比，新器件具有相同引腳和功能，但能在給定時(shí)間內做更多工作，它可執行更多指令周期完成更復雜工作而不會(huì )拖慢整個(gè)系統運行速度。這一點(diǎn)尤其對軟件開(kāi)發(fā)商有利，因為耗時(shí)的代碼優(yōu)化不再顯得重要，新產(chǎn)品將會(huì )更快更便宜地推向市場(chǎng)。

進(jìn)行基本數字檢查的普通示波器帶寬已比以前翻了一番，達到200MHz，而且一些非常有用的“高檔”測量特性如高級觸發(fā)、快速傅立葉變換（FFT）分析及彩色顯示等也都相繼加入到低檔儀器中。如今的設計人員在面對民用產(chǎn)品嵌入式處理器時(shí)，也都能用得上數字式故障檢測方案。

帶寬決定應用

不久前生產(chǎn)的處理器和十年前生產(chǎn)的同一器件相比，多了一個(gè)隱蔽的“性能”，即信號邊緣轉換速度更快。從15年前生產(chǎn)這些產(chǎn)品所使用的CMOS工藝到5年前開(kāi)發(fā)的快速5V工藝，邊緣轉換速度提高了約3倍，很多新設計都用這種最快的5V工藝，甚至有的還進(jìn)一步降低內核部分電壓而只在外圍采用5V，對后者而言還能達到更快時(shí)鐘速率，這種速度加快是硅片特征尺寸縮小所帶來(lái)的副產(chǎn)品。

邊緣速度更快通常是件好事，可減少系統內的時(shí)延、設置時(shí)間及沖突等問(wèn)題，但傳播延遲更短（大部分是由于CMOS更快邊緣速率所造成）也會(huì )產(chǎn)生不利影響。當這類(lèi)延遲越來(lái)越短時(shí)，通常取決于地址線(xiàn)邏輯和總線(xiàn)控制線(xiàn)間延遲的地址解碼余量將遇到更多麻煩。因此設計人員需要知道并了解這些邊緣狀況、越來(lái)越窄的瞬時(shí)現象及高速轉換時(shí)可能出現的其它脈沖特性。

在為一個(gè)含20MHz嵌入式處理器的數字設計選擇DSO時(shí)，人們可能會(huì )認為用帶寬50MHz或100MHz儀器對付這項工作完全綽綽有余。當然對一些基本故障檢測，諸如有沒(méi)有信號或者時(shí)序和同步是否準確之類(lèi)的問(wèn)題，確實(shí)是這樣的，但其它細節可能就不那么明顯。

具有較高帶寬的DSO比低帶寬儀器能更加深入地了解信號特性，因為示波器上升時(shí)間已成為確定被觀(guān)察信號質(zhì)量的因素之一，有公式如下：
測得上升時(shí)間=√（示波器上升時(shí)間）2+（信號上升時(shí)間）2

在低帶寬觀(guān)察時(shí)顯得“正確”的脈沖可能會(huì )在前沿有一個(gè)幅值偏差，使其表現像兩個(gè)脈沖；或者總線(xiàn)輸出上的一個(gè)很窄瞬時(shí)信號可能完全注意不到，導致后面器件輸入不穩定。如上面公式所示，一個(gè)200MHz的DSO可以捕捉到100MHz儀器看不到的細節。

DSO帶寬大的好處不僅僅限于觀(guān)察信號邊緣，使用高帶寬儀器時(shí)，接地反彈、噪聲、串擾及其它許多偏差都更易于觀(guān)察到，也更不容易忽略。帶寬越高，信號再現就越準確。圖1顯示了同一信號在60MHz和200MHz帶寬示波器上看到的不同情形。

用條件觸發(fā)檢測時(shí)序問(wèn)題

在數字存儲示波器中，觸發(fā)條件選擇是一個(gè)重要但有時(shí)卻不太為人所知的省力工具，它使DSO觸發(fā)符合所指定的條件。如同顯示波形一樣，條件觸發(fā)是嵌入式系統檢測的一個(gè)基本工具，很多人使用噪聲抑制（通常增大觸發(fā)滯后）來(lái)限制短脈沖，并用各種帶寬限制選擇所需要的信號。