混合信號(hào)示波器加速復(fù)雜系統(tǒng)測(cè)試
2012/12/24  9:00:47

在許多復(fù)雜的測(cè)試方案中,示波器并不能為其提供足夠的通道數(shù)量。工程師要么在實(shí)驗(yàn)室中多找?guī)着_(tái)示波器,要么使用邏輯分析儀。但不管是哪種情況,復(fù)雜性都會(huì)明顯提高。例如數(shù)字設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的建立保持違規(guī)問題。傳統(tǒng)電路中的時(shí)鐘速度較低,對(duì)信號(hào)建立保持性能的余量較大。但隨著系統(tǒng)主頻的不斷增加,PCB設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜,建立保持違規(guī)問題越來越常見。檢測(cè)該問題需要設(shè)定一個(gè)通道為時(shí)鐘信號(hào),另一個(gè)通道為數(shù)據(jù)信號(hào),并設(shè)定相應(yīng)的時(shí)間范圍。但需要同時(shí)測(cè)量多路信號(hào)的建立保持問題時(shí),傳統(tǒng)的示波器顯然無法滿足,需要帶有數(shù)字邏輯通道的示波器才能完成此類工作。混合信號(hào)示波器(MSO)同時(shí)提供了模擬通道和數(shù)字通道,為應(yīng)對(duì)這類測(cè)量挑戰(zhàn)提供了理想的解決方案。

另一方面,傳統(tǒng)的示波器一般只有4個(gè)通道,在調(diào)試電路時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多瓶頸。例如,即使調(diào)試簡(jiǎn)單的8位單片機(jī)電路,也無法時(shí)間相關(guān)地同時(shí)觀察數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出和多路IO信號(hào),如果分時(shí)測(cè)試,則對(duì)偶發(fā)故障毫無辦法;出現(xiàn)故障時(shí),要了解故障是否是在單片機(jī)或內(nèi)存芯片特定時(shí)候產(chǎn)生的,因?yàn)闆]有足夠的通道連到被測(cè)系統(tǒng)的控制信號(hào)上,無法知道故障產(chǎn)生時(shí)控制信號(hào)處于何種狀態(tài);而在使用了FPGA的電路中,不僅測(cè)試管腳多,而且其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)更多,要驗(yàn)證其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的狀態(tài),僅使用廠家提供的內(nèi)部邏輯分析儀或JTAG調(diào)試工具是不夠的,因?yàn)槟菢訜o法看到信號(hào)時(shí)序信息或信號(hào)完整性問題。

除了通道數(shù)不夠,示波器本底噪聲過大,ADC分辨率和動(dòng)態(tài)范圍不夠;高帶寬示波器往往只兼顧高速信號(hào)的測(cè)試;沒有和示波器相匹配的多通道邏輯時(shí)序測(cè)試探頭,沒有專用的頻譜分析儀選件以及協(xié)議分析選件等都是傳統(tǒng)示波器面臨的問題。力科公司(LeCroy)市場(chǎng)部經(jīng)理胡為東介紹說,力科示波器集高ADC位數(shù)(12位ADC)、高動(dòng)態(tài)范圍、多達(dá)36通道的數(shù)字邏輯探頭、專用頻譜分析儀選件、協(xié)議分析儀選件于一身,通過LBUS接口實(shí)現(xiàn)多通道示波器,通過8HP鍺化硅技術(shù)實(shí)現(xiàn)36GHz的芯片;采用DBI數(shù)字帶寬復(fù)用專利技術(shù)、ChannelSync通道同步專利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)65GHz和多達(dá)80個(gè)通道的精確同步;高帶寬示波器中還集成了高速信號(hào)測(cè)試接口和低速信號(hào)測(cè)試接口;集成的專用協(xié)議分析儀功能可實(shí)現(xiàn)各種低速總線、高速總線的協(xié)議層分析能力。

示波器和數(shù)字電路測(cè)試亞太區(qū)市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理對(duì)此亦有認(rèn)同:混合信號(hào)示波器的優(yōu)勢(shì)在于具有更多的通道數(shù),一般是在2或4個(gè)示波器通道的基礎(chǔ)上追加16個(gè)邏輯分析儀通道;支持混合信號(hào)觸發(fā),可觀察模擬信號(hào)與多路數(shù)字信號(hào)之間的時(shí)序等。

泰克公司(Tektronix)大中華區(qū)分銷業(yè)務(wù)高級(jí)技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理鄧錦輝談到,對(duì)于嵌入式系統(tǒng)測(cè)試,示波器提供的功能可分成幾個(gè)階段:第一個(gè)階段是怎么保證信號(hào)從被測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)綔y(cè)試儀器,這涉及探頭問題。第二個(gè)階段是信號(hào)進(jìn)來后怎樣從所輸入的信號(hào)中發(fā)現(xiàn)問題,即發(fā)現(xiàn)問題。第三個(gè)階段是發(fā)現(xiàn)問題后怎樣抓住定位這個(gè)問題。第四個(gè)階段是獲取大量數(shù)據(jù)后怎樣快速找到問題所在位置和時(shí)刻,當(dāng)前時(shí)刻究竟發(fā)生了什么問題,即搜索功能。最后是聯(lián)測(cè)跟分析功能。

當(dāng)前示波器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常厲害,“泰克的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)之一是,在終端示波器市場(chǎng)以及整個(gè)示波器市場(chǎng),探頭是做得最好的。”如果信號(hào)進(jìn)來就已經(jīng)失真了或者被干擾了,那么更好的分析功能也沒用,因此泰克花費(fèi)了很多功夫來實(shí)現(xiàn)探頭的突破。據(jù)鄧錦輝介紹,許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手甚至做了一些適配器來配合泰克的探頭,因?yàn)樗麄兊奶筋^無法做到泰克這么全面和準(zhǔn)確。例如,過去對(duì)于無源探頭而言,電阻、電容電路無法做到很高頻寬,而泰克通過DSB的方法校正前端放大器的頻閃,將探頭的頻閃從500M提高到了1G。泰克針對(duì)不同通道數(shù)量和記錄長(zhǎng)度的更靈活的配置需求推出了六種帶寬為1GHz的新型號(hào)MSO/DPO4000B示波器。其中包括記錄長(zhǎng)度為20M的雙通道機(jī)型,以及5M記錄長(zhǎng)度的雙通道和四通道“精簡(jiǎn)”版機(jī)型。新產(chǎn)品在觸發(fā)、搜索和分析等重要方面毫無性能犧牲,同時(shí)還包括1GHz無源探頭。

怎樣讓調(diào)試更快速一直是終端示波器需要面對(duì)的一個(gè)難點(diǎn),尤其怎么發(fā)現(xiàn)問題,抓住問題以及搜索這些問題的所在點(diǎn)!疤┛颂峁┝撕芏嗖煌氖侄,允許客戶自定義很多不同的觸發(fā)條件以及搜索的條件,鎖定其所關(guān)注的事情或故障的位置,我們提供的各種條件目前是最多、最全的!编囧\輝還表示,與高端頻譜儀的定位不同,混合域示波器(MDO)的頻譜儀定位在調(diào)測(cè)目的,其中有模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、射頻信號(hào)等來跟蹤信號(hào)的互相聯(lián)系!癕DO提供的價(jià)值在于它是一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)測(cè)工具,可以同時(shí)測(cè)試16個(gè)數(shù)字通道,4個(gè)模擬通道和1個(gè)射頻通道,測(cè)試這21個(gè)通道之間在時(shí)間上的關(guān)系!

目前共享時(shí)基和觸發(fā)的混合信號(hào)示波器最多支持16個(gè)邏輯通道,邏輯分析儀的功能相對(duì)簡(jiǎn)單?梢灶A(yù)見的是,未來的混合信號(hào)示波器將具有更高的數(shù)字采樣率和波形捕獲率,更強(qiáng)大的總線分析能力,模擬、數(shù)字甚至包括射頻信號(hào)的相互觸發(fā)和分析能力。安捷倫科技的杜吉偉認(rèn)為:未來的三到五年內(nèi),混合信號(hào)示波器仍會(huì)以示波器功能為主,邏輯分析儀功能為輔,。混合信號(hào)示波器會(huì)出現(xiàn)在更高帶寬的示波器中,目前MSO9000A最高帶寬是4GHz,不久的將來會(huì)出現(xiàn)20GHz、25GHz、33GHz帶寬的混合信號(hào)示波器。混合信號(hào)示波器的邏輯通道的定時(shí)采樣速率會(huì)不斷提升,目前示波器的采樣率已經(jīng)達(dá)到160GSa/s(如安捷倫63GHz帶寬實(shí)時(shí)示波器),邏輯通道的定時(shí)速率有機(jī)會(huì)達(dá)到或突破20GSa/s。邏輯通道的功能會(huì)增強(qiáng),包括類似邏輯分析儀的圖形顯示,在圖形顯示基礎(chǔ)上再進(jìn)行其它數(shù)學(xué)處理如FFT等

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