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經(jīng)典:示波器不為人知的12項功能

發(fā)布時間:2014-07-14 來源:Randy White 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】示波器是人們設(shè)計、制造或修理電子設(shè)備不可或缺的工具。在現(xiàn)今這個快節(jié)奏的世界里,工程師們需要利用目前最好的工具來快速準(zhǔn)確地解決他們所遇到的測量難題。在工程師看來,示波器是成功應(yīng)對現(xiàn)今測量難題的關(guān)鍵所在?,F(xiàn)代數(shù)字示波器擁有可幫助節(jié)省時間的特性,如深存儲和一系列分析工具等,可簡化高速數(shù)字設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)。下文分別細數(shù)了示波器或曾不為人知的12項功能。
 
1. 協(xié)議解碼
 
根據(jù)示波器波形顯示進行串行總線手動解碼既耗時又容易出錯。在這一相對簡單的I2C信號中,可能有問題存在。您能輕松找到這個問題嗎?甚至還能說出該信號代表什么嗎?要對該數(shù)據(jù)包進行手動解碼,需尋找到包頭、數(shù)據(jù)位及包尾。利用時鐘狀態(tài)(**)對所有數(shù)據(jù)信號狀態(tài)(藍色)進行對照確認(rèn),然后將其轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)值。
示波器上的I2C信號
圖1:示波器上的I2C信號
 
在此將手動解碼與自動解碼示例進行比較。只需定義時鐘和數(shù)據(jù)處于哪些通道上以及定義用于確定邏輯值(“1”和“0”)的閾值,就可以讓示波器獲悉正通過總線傳輸?shù)膮f(xié)議。在一瞬間,就可對串行數(shù)據(jù)進行解碼并將其顯示出來,說明總線波形顯示中的起始位、地址位、數(shù)據(jù)位和結(jié)束位。對I2C總線而言,地址值和數(shù)據(jù)值能夠以十六進制方式顯示,或以二進制方式顯示。 
自動I2C解碼
圖2:自動I2C解碼
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2. 網(wǎng)絡(luò)分析儀
 
需測量回波損耗(Sdd11)或插入損耗(Sdd21),但卻沒有TDR或VNA,怎么辦?您可用高帶寬示波器進行一些近似于網(wǎng)絡(luò)分析的測量,盡管這樣做好像有些超出其使用范圍,而且肯定有某些局限。傳統(tǒng)的頻率響應(yīng)時間測試涉及對快脈沖的測量以及對響應(yīng)FFT的查看。除這種測量外,您還可以通過一些相當(dāng)基礎(chǔ)的設(shè)置來測量回波損耗和插入損耗。
 
例如,一些高速標(biāo)準(zhǔn)(像PCI Express 3.0和USB 3.0)包括有這樣的測量,一長串邏輯值“1”后接一長串“0”。這構(gòu)成一種穩(wěn)態(tài)條件或低頻狀態(tài)。然后,測試圖案變?yōu)闀r鐘或1010圖案,又稱為奈奎斯特圖。對前后電壓電平進行比較,得到一個標(biāo)稱插入損耗值??刹捎酶冗M的技術(shù)以及自定義信號激勵來提取其他詳細信息。
64個“1”及64個“0”后接“1010”的圖形
圖3:64個“1”及64個“0”后接“1010”的圖形
 
3. 在DVD驅(qū)動器上播放影片
 
大型LCD屏幕還可用作什么呢?可以肯定的是,您可以在示波器上觀看信號完整性分析指南,但更令人高興的是,您還可以觀看最近的電影(但是還不能觀看3D視頻)。
 
4. 濾波 
 
您是否需要用高帶寬示波器測量低頻信號但又不想有高頻噪音?許多示波器都具有數(shù)字信號處理功能,可進行濾波,包括低通濾波。下一次,您想在您12GHz示波器上測量100MHz時鐘時,可使用帶寬限制功能,以得到更佳的信噪比和更精確的測量值。
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5. 寬帶雷達測試
 
 數(shù)字示波器早已具備FFT功能。隨著雷達和其他寬帶RF系統(tǒng)進入數(shù)字領(lǐng)域,現(xiàn)在示波器已具備瞬態(tài)或?qū)掝l帶寬RF信號分析功能。您可以對無外部降頻轉(zhuǎn)頻器的寬帶雷達、高數(shù)據(jù)速率衛(wèi)星鏈路或跳頻通信系統(tǒng)執(zhí)行脈沖分析、數(shù)字解調(diào)和EVM測量。
顯示寬帶雷達信號的示波器
圖4:顯示寬帶雷達信號的示波器
 
6. 改善垂直分辨率
 
大部分示波器的A/D分辨率為8個比特。用不同的采集模式,可按如下所述,通過求相鄰采樣的平均值來提高垂直分辨率。那么,通過求平均值和采用高分辨率模式可將分辨率提高多少呢?理論上講,增加值為0.5Log2N,其中N為相鄰采樣的平均數(shù)。
 
實際情況是,2個字節(jié)的存儲深度限制了這一增加。兩個字節(jié)為16位。保留其中一位作為符號位,剩余的15位用作數(shù)據(jù)數(shù)值。舍入誤差使第14位和第15位成為隨機值,從而使實際限值變?yōu)?3位。因此,改善可從約六個有效位開始,用高度過采樣時可增至約13位。 
提高垂直分辨率
圖5:提高垂直分辨率
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7. 基于示波器的信號發(fā)生器
 
由于許多示波器都裝有計算機I/O端口,比如USB端口或以太網(wǎng)端口,因此可使用這些端口來生成測試信號。只需下載合適的軟件(可在許多標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)的網(wǎng)站上查找到)來激活測試模式,您就擁有了一臺信號發(fā)生器。
 
8. 測試文件
 
如果您想像大多數(shù)人那樣在示波器上進行分析,則可能還需要有一些測試文件。了解許多集成軟件分析工具中的測試報告功能,可為您節(jié)約一些時間。想要更高效,您可以通過遠程控制儀表指令自動化分析和測試報告的操作。即便是基本型示波器也具備針對文件的省時功能,比如“保存全部”功能,只需按下一個按鈕,即可保存截圖、波形數(shù)據(jù)和設(shè)置文件。
文件測試報告功能的用途
圖6:文件測試報告功能的用途
 
9. 智能檢索
 
沒有正確的檢索工具的話,要在很長的波形記錄中找到您感興趣的事件可能會很耗時。如今,記錄長度日漸超過100萬數(shù)據(jù)點,要定位您的事件可能意味著需要瀏覽成千上萬個信號活動屏。用軟件搜索工具可簡化對長記錄的瀏覽。甚至有前置面板控制器,使您可快速進行縮放和平移操作,就像用DVR看視頻一樣。還可順便自動標(biāo)注每個定義事件的發(fā)生情況,以便在各事件之間快速移動。
長數(shù)據(jù)記錄中標(biāo)記的用途
圖7:長數(shù)據(jù)記錄中標(biāo)記的用途
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10. 觸發(fā)
 
示波器的觸發(fā)功能可在信號中的正確點進行同步水平掃描,對明確的信號檢定而言,是不可缺少的。觸發(fā)控制器允許您穩(wěn)定重復(fù)波形并捕捉單次觸發(fā)波形。
 
在高速調(diào)試應(yīng)用中,您的電路可能會工作99.999%或更長的時間。而正是.001%的時間會造成您的系統(tǒng)崩潰或正是您需要更詳細分析波形的一部分。高級觸發(fā)功能,如AB雙重事件觸發(fā)、窗口觸發(fā)、邏輯認(rèn)證等等都有助于隔離問題,速度比在采集后搜索上百萬個數(shù)據(jù)樣本快很多。
高級觸發(fā)模式可減少對長數(shù)據(jù)記錄的搜索
圖8:高級觸發(fā)模式可減少對長數(shù)據(jù)記錄的搜索
 
11. 儀器的遠程控制
 
您是否曾有過這樣的經(jīng)歷:離開實驗室之前忘記檢查測量值或保存測試結(jié)果?沒有特殊軟件工具就無法遠程訪問示波器了嗎?幸運地是,只需打開瀏覽器,輸入示波器的IP地址,就可輕松接入示波器。許多示波器,甚至基本型示波器,不僅可在實驗室中聯(lián)網(wǎng),還可設(shè)置為可在線訪問的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。
網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動示波器可通過瀏覽器遠程訪問
圖9:網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動示波器可通過瀏覽器遠程訪問
 
12. 眼圖
 
什么是眼圖?通過眼圖,在高速數(shù)字設(shè)計領(lǐng)域工作的人士可識別多個比特相互疊加,被廣為使用的圖形。如何才能在不挨個查看的情況下就快速驗證上百萬個比特呢?在一張瞬態(tài)圖中,您能大致了解會造成系統(tǒng)運行不可靠的時間變化、噪音、振鈴和其他信號完整性的影響。大部分示波器用戶都很熟悉這一工具,然而許多人并沒有意識到信號處理和可視化技術(shù)方面的進步,從而加深對這一基本圖形的了解。通過眼圖,可基本了解電壓電平和邊緣速率等參數(shù)值。如果再進一步延伸這一概念,您可以用BER輪廓線(BER contours)來推斷或預(yù)測誤碼率。下圖類似眼圖,但其顯示的誤碼率為定時抖動和電壓噪聲的函數(shù)。
眼圖
結(jié)論
 
示波器簡單易學(xué)、容易操作,可幫助您高效工作,充分提高生產(chǎn)率,使您可將精力放在設(shè)計而非測量工具上。就像世上沒有可作為標(biāo)準(zhǔn)的汽車司機一樣,世上也沒有標(biāo)準(zhǔn)的示波器用戶。無論您將示波器用于廣泛分析、用于濾波還是用于創(chuàng)建測試文件,最重要的是如何靈活操作您的示波器。 
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