DPO4000簡(jiǎn)化波形分析應用文章

引言
幾十年來(lái)，示波器一直是研究和設計中必不可少的工具，激發(fā)了無(wú)數個(gè)行業(yè)的穩步創(chuàng )新能力。示波器的一個(gè)主要指標是記錄長(cháng)度。記錄長(cháng)度是示波器可以在一次采集中數字化及存儲的樣點(diǎn)數量。記錄長(cháng)度越長(cháng)，示波器可以以高定時(shí)分辨率 (高取樣速率) 捕獲的時(shí)間窗口越長(cháng)。世界上第一臺數字示波器只能捕獲和存儲 500 點(diǎn)數據，很難采集被考察的事件周?chē)乃邢嚓P(guān)信息。設計人員一直面臨著(zhù)一個(gè)選擇：是以低分辨率采集更長(cháng)的時(shí)間，還是以高分辨率采集較短的時(shí)間，而設計人員真正想要的是同時(shí)實(shí)現長(cháng)捕獲窗口和高分辨率。隨著(zhù)時(shí)間推移及技術(shù)發(fā)展，數字化更多細節的速度、簡(jiǎn)便程度和成本都變得更加有利。但與此同時(shí)，時(shí)鐘速度提高，更寬、速度更快的并行設計及轉向串行總線(xiàn)使得總線(xiàn)拓撲不斷演變，整體系統的設計復雜度急劇提高。因此，設計人員對高分辨率、更長(cháng)捕獲窗口的需求不斷攀升，其增長(cháng)速度要等于、甚至要大于示波器制造商提高記錄長(cháng)度的能力。這一發(fā)展趨勢將不會(huì )停頓。摩爾定律正以更快的速度不斷推動(dòng)電子技術(shù)發(fā)展，系統設計正變得更加復雜，設計、構建、調試及在中斷時(shí)修復起來(lái)也相應地更加困難。那么這對現代示波器意味著(zhù)什么呢？隨著(zhù)設計變得越來(lái)越快、越來(lái)越復雜，對長(cháng)記錄、更多帶寬和更高取樣速率的需求也會(huì )提高。這些主要指標之間的關(guān)系并不復雜。隨著(zhù)帶寬提高，取樣速率必須大約高出五倍，才能精確地捕獲信號的高頻成分。在取樣速率提高時(shí)，一定的信號采集時(shí)間窗口要求更多的樣點(diǎn)。例如，以5GS/s 速率捕獲2 ms 的100 MHz 信號要求1000 萬(wàn)點(diǎn)的記錄(2 ms 除以200 ps 取樣間隔)。即使在較低的頻率上，仍有許多應用要求長(cháng)記錄。捕獲一幀NTSC(1/30秒間隔的兩個(gè)場(chǎng)，取樣速率為100 MS/s，以解析所有亮度信息)要求300 多萬(wàn)點(diǎn)(33 ms 除以10 ns)。在1Mb/sCAN 總線(xiàn)上捕獲幾秒的總線(xiàn)業(yè)務(wù)，診斷機電系統中的問(wèn)題，可能要求1000 萬(wàn)點(diǎn)，以充分進(jìn)行解析。這些應用及各種其它應用已經(jīng)推動(dòng)、且將繼續推動(dòng)對更長(cháng)、更詳細的數據捕獲窗口的需求。

分析所有數據
如前所述，世界上第一臺數字示波器的記錄長(cháng)度非常短。因此，查看示波器捕獲的所有項目非常容易，因為所有內容都一次性顯示在屏幕上。隨著(zhù)記錄變長(cháng)，需要使用水平滾動(dòng)查看所有數據。在從一屏信息移到兩屏信息，然后移到四屏信息，然后移到八屏信息，然后移到12屏信息時(shí)，這不是大問(wèn)題。然而，隨著(zhù)在每一代示波器中的記錄變得越來(lái)越長(cháng)，查看一次采集中捕獲的所有數據所需的時(shí)間也變得越來(lái)越長(cháng)。我們現在要處理幾百萬(wàn)點(diǎn)的記錄長(cháng)度，代表著(zhù)幾千屏的信號活動(dòng)。作為類(lèi)比，想象一下如果沒(méi)有喜歡的搜索引擎、網(wǎng)絡(luò )瀏覽器或收藏夾的幫助，卻想找到您要找到的東西，這有點(diǎn)象大海撈針。直到現在，這一直是示波器用戶(hù)在長(cháng)記錄長(cháng)度示波器中所面臨的問(wèn)題。很明顯，舊的解決方案不再能夠奏效。

圖1. DPO4000系列Wave Inspector為有效分析波形提供了專(zhuān)用前面板控制功能。

Wave Inspector
通過(guò)DPO4000 系列Wave Inspector 控制功能，處理長(cháng)記錄、從波形中提取所需的信息變成一個(gè)簡(jiǎn)單高效的流程。

縮放/ 平移
當前市場(chǎng)上的大多數數字示波器提供了某種形式的縮放功能。但是，與縮放視圖有關(guān)的控制功能(縮放系數和位置)經(jīng)常深埋在多個(gè)菜單中，或與其它前面板控制功能重合在一起。例如，縮放的水平位置一般通過(guò)前面板上的水平位置旋鈕控制。一旦已經(jīng)放大了感興趣的事件，如果想把縮放窗口移動(dòng)到采集中的另一個(gè)位置，一般要無(wú)數次旋轉水平位置旋鈕，慢慢把窗口移到新位置，或者放大，調節窗口位置，然后再縮小。這兩種方法都效率差，不直觀(guān)。而為了訪(fǎng)問(wèn)這些基本縮放控制功能而不得不瀏覽菜單時(shí)，效率就會(huì )變得更差了。Wave Inspector 提供了一個(gè)專(zhuān)用的兩層前面板縮放/ 平移控制功能，可以有效地瀏覽波形。內部旋鈕控制著(zhù)縮放系數。順時(shí)鐘旋轉旋鈕越多，放大得越大。反時(shí)針旋轉旋鈕可以縮小，最終關(guān)閉縮放。

在圖1A中，我們正在探測一條I2C總線(xiàn)。上面的窗口中顯示了整個(gè)采集，下面較大的窗口是縮放的部分。在這種情況下，我們已經(jīng)放大查看兩個(gè)特定分組的解碼后地址和數據值。外環(huán)是強制/ 速率敏感的平移控制功能。順時(shí)針旋轉，可以把放大窗口向右平移到波形上，反時(shí)針旋轉則向左平移。旋轉得越多，縮放窗口在波形中移動(dòng)得越快。在圖2 中，通過(guò)簡(jiǎn)單地以希望的方向旋轉平移控制功能，我們可以迅速從一個(gè)分組瀏覽下一個(gè)分組。即使是在1000 萬(wàn)點(diǎn)的采集中，也可以在幾秒內，迅速把縮放窗口從記錄一端移到另一端，而不必改變縮放系數。

圖1A. Wave Inspector 提供了專(zhuān)用前面板縮放和平移控制功能。

圖2. 瀏覽I2C總線(xiàn)的長(cháng)采集數據。