示波器波形更新率確定捕獲到難解事件的概率

        當您評估示波器時(shí)，其反應能力會(huì )影響您的決定。為正確感受示波器反應是否敏捷，只需探測相對快的重復信號和觀(guān)看其反應。如果示波器的顯示更新太慢，就會(huì )感到這臺示波器非常遲鈍，因而極不好用。今天一些有較深存儲器的示波器就屬于這種情況，因為處理深存儲器記錄而減慢了更新率。一般來(lái)說(shuō)，如果示波器顯示達到至少每秒二十次更新，所顯示的波形將表現為“實(shí)況”，并感覺(jué)示波器反應敏捷。但波形更新率的重要性遠不止是反應能力這一個(gè)方面?！皩?shí)況”感覺(jué)并不能說(shuō)明示波器捕獲到偶發(fā)和隨機事件的概率。

        今天的一些示波器廠(chǎng)商宣稱(chēng)更新率達到數十萬(wàn)波形∕秒的量級。但人眼并不能辨析這一量級的差別。當您調試高速數字電路時(shí)，由于能增加捕獲偶發(fā)事件的概率，因此示波器更新率達到這一量級至關(guān)重要。如果您要觀(guān)察的是精確重復的信號（無(wú)異常），那么極快的更新率并不很重要。但當信號并非精確重復 ── 即有異常產(chǎn)生時(shí) ── 隨機和偶發(fā)產(chǎn)生的事件會(huì )使您大傷腦筋。更快的更新率能提高捕獲到難解事件的概率，為您的調試提供幫助。

        圖 1 示出一個(gè)隨機亞穩態(tài)（毛刺），它在數據信號中平均每 50,000 個(gè)周期僅產(chǎn)生 1 次。如果您事先知道該事件為隨機發(fā)生，就可把大多數示波器設置在毛刺條件上觸發(fā) ── 即根據最小脈沖寬度設置示波器 ── 從而可靠捕獲示波器各次采集上的毛刺。但如果您不知道毛刺的存在，就可能只是簡(jiǎn)單探查設計中的不同信號來(lái)驗證正確的信號保真度，因此示波器設置在標準的上升或下降沿條件上觸發(fā)。

        由于它們相對慢的更新率，大多數示波器為捕獲偶發(fā)事件，需要采集遠不止是幾秒的數據。如果您打算用一般調試方法，在每一測試點(diǎn)上探測幾秒鐘，并想捕獲到各結點(diǎn)上可能產(chǎn)生的偶發(fā)事件，示波器就必須有極快的更新率。

圖 1. Agilent MSO6000 系列示波器用實(shí)時(shí)采樣捕獲到的偶發(fā)亞穩態(tài)

        圖 1 是用 Agilent's 6000 系列示波器捕獲到的毛刺，該示波器甚至能在帶 sin(x)/x 重建時(shí)，用實(shí)時(shí)采樣達到 100,000 次∕秒的波形更新。在這一更新率下，示波器捕獲到該特定信號的統計概率約為每秒二次。采用 Agilent 專(zhuān)有第三代 MegaZoom 技術(shù)的 Agilent 示波器實(shí)現了這一業(yè)內領(lǐng)先的實(shí)時(shí)更新率。

        一旦我們發(fā)現電路存在非預期的行為，就可開(kāi)始進(jìn)一步調試我們的系統。 使用混合信號示波器（ MSO ）的邏輯通道，就能設置跨多個(gè)模擬和數字通道的組合邏輯碼型觸發(fā)條件。它揭示由于時(shí)鐘抖動(dòng)，我們的系統偶爾出現對建立—保持時(shí)間指標的超差，如圖 2 所示。

圖 2. 碼型觸發(fā)揭示建立—保持時(shí)間超差

        Agilent 6000 系列示波器實(shí)現每秒 100,000 個(gè)實(shí)時(shí)波形的意義何在？可把它與今天市場(chǎng)上的其它示波器作一比較。使用其它數字示波器的默認實(shí)時(shí)采樣模式，波形更新率范圍約 60 至 700 波形。 雖然 60 波形∕秒對于示波器的“實(shí)況”感覺(jué)是足夠快的，但為捕獲到每 50,000 個(gè)周期平均僅產(chǎn)生一次的特定亞穩態(tài)，需要把探頭放在測試點(diǎn)上的平均時(shí)間將近 14 分鐘。即使是 聽(tīng)起來(lái)給人印象深刻的 700 波形∕秒， 把探頭放在測試點(diǎn)上的平均時(shí)間也超過(guò) 1 分鐘。

        如果您打算用一般調試方法，在每一測試點(diǎn)上探測幾秒鐘，使用任何其它 DSO 的默認實(shí)時(shí)采集模式都可能丟失這一事件。為在幾秒鐘內捕獲這一特定錯誤事件，您需要示波器有每秒數萬(wàn)個(gè)波形，甚至更快。

        使用其它“專(zhuān)門(mén)”采集模式情況如何呢？今天市場(chǎng)上的一些宣稱(chēng)具有 100,000 波形∕秒量級的波形更新率。但這需要選擇專(zhuān)門(mén)的快采集模式。示波器中的“專(zhuān)門(mén)”工作模式會(huì )在其它方面有所犧牲，通常會(huì )影響采樣率和采集存儲器深度 ── 有時(shí)需要用重復∕等效時(shí)間采樣模式代替實(shí)時(shí)采樣。此外，它也影響示波器的測量功能，包括波形測量，波形運算，以及對保存波形的平移和縮放。

        雖然對于捕獲偶發(fā)事件，專(zhuān)門(mén)的快采集模式有時(shí)也不失為一種正確選擇，但您應知道在使用這一“專(zhuān)門(mén)”工作模式時(shí)，必須考慮在性能和功能上作出的權衡。此外，雖然某種示波器可能宣稱(chēng)使用特定工作模式達到 100,000 波形∕秒量級的波形更新率，但這些更新率可能僅適用于很窄的條件，而且可能給出的是離散點(diǎn) ── 而不是各采集周期的完整波形。