經典:示波器不為人知的12項功能
發布時間:2014-07-14 來源:Randy White 責任編輯:sherryyu
【導讀】示波器是人們設計、製(zhi)造(zao)或(huo)修(xiu)理(li)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)工(gong)具(ju)。在(zai)現(xian)今(jin)這(zhe)個(ge)快(kuai)節(jie)奏(zou)的(de)世(shi)界(jie)裏(li),工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)需(xu)要(yao)利(li)用(yong)目(mu)前(qian)最(zui)好(hao)的(de)工(gong)具(ju)來(lai)快(kuai)速(su)準(zhun)確(que)地(di)解(jie)決(jue)他(ta)們(men)所(suo)遇(yu)到(dao)的(de)測(ce)量(liang)難(nan)題(ti)。在(zai)工(gong)程(cheng)師(shi)看(kan)來(lai),示(shi)波(bo)器(qi)是(shi)成(cheng)功(gong)應(ying)對(dui)現(xian)今(jin)測(ce)量(liang)難(nan)題(ti)的(de)關(guan)鍵(jian)所(suo)在(zai)。現(xian)代(dai)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)擁(yong)有(you)可(ke)幫(bang)助(zhu)節(jie)省(sheng)時(shi)間(jian)的(de)特(te)性(xing),如(ru)深(shen)存(cun)儲(chu)和(he)一(yi)係(xi)列(lie)分(fen)析(xi)工(gong)具(ju)等(deng),可(ke)簡(jian)化(hua)高(gao)速(su)數(shu)字(zi)設(she)計(ji)帶(dai)來(lai)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。下(xia)文(wen)分(fen)別(bie)細(xi)數(shu)了(le)示(shi)波(bo)器(qi)或(huo)曾(zeng)不(bu)為(wei)人(ren)知(zhi)的(de)12項功能。
1. 協議解碼
根據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。您能輕鬆找到這個問題嗎?甚至還能說出該信號代表什麼嗎?要對該數據包進行手動解碼,需尋找到包頭、數據位及包尾。利用時鍾狀態(**)對所有數據信號狀態(藍色)進行對照確認,然後將其轉換為十六進製數值。

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。隻需定義時鍾和數據處於哪些通道上以及定義用於確定邏輯值(“1”和“0”)deyuzhi,jiukeyirangshiboqihuoxizhengtongguozongxianchuanshudexieyi。zaiyishunjian,jiukeduichuanxingshujujinxingjiemabingjiangqixianshichulai,shuomingzongxianboxingxianshizhongdeqishiwei、地址位、數據位和結束位。對I2C總線而言,地址值和數據值能夠以十六進製方式顯示,或以二進製方式顯示。

圖2:自動I2C解碼
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2. 網絡分析儀
需測量回波損耗(Sdd11)或插入損耗(Sdd21),但卻沒有TDR或VNA,怎(zen)麼(me)辦(ban)?您(nin)可(ke)用(yong)高(gao)帶(dai)寬(kuan)示(shi)波(bo)器(qi)進(jin)行(xing)一(yi)些(xie)近(jin)似(si)於(yu)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)的(de)測(ce)量(liang),盡(jin)管(guan)這(zhe)樣(yang)做(zuo)好(hao)像(xiang)有(you)些(xie)超(chao)出(chu)其(qi)使(shi)用(yong)範(fan)圍(wei),而(er)且(qie)肯(ken)定(ding)有(you)某(mou)些(xie)局(ju)限(xian)。傳(chuan)統(tong)的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)測(ce)試(shi)涉(she)及(ji)對(dui)快(kuai)脈(mai)衝(chong)的(de)測(ce)量(liang)以(yi)及(ji)對(dui)響(xiang)應(ying)FFT的查看。除這種測量外,您還可以通過一些相當基礎的設置來測量回波損耗和插入損耗。
例如,一些高速標準(像PCI Express 3.0和USB 3.0)包括有這樣的測量,一長串邏輯值“1”後接一長串“0”。這構成一種穩態條件或低頻狀態。然後,測試圖案變為時鍾或1010圖(tu)案(an),又(you)稱(cheng)為(wei)奈(nai)奎(kui)斯(si)特(te)圖(tu)。對(dui)前(qian)後(hou)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao),得(de)到(dao)一(yi)個(ge)標(biao)稱(cheng)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)值(zhi)。可(ke)采(cai)用(yong)更(geng)先(xian)進(jin)的(de)技(ji)術(shu)以(yi)及(ji)自(zi)定(ding)義(yi)信(xin)號(hao)激(ji)勵(li)來(lai)提(ti)取(qu)其(qi)他(ta)詳(xiang)細(xi)信(xin)息(xi)。

圖3:64個“1”及64個“0”後接“1010”的圖形
3. 在DVD驅動器上播放影片
大型LCD屏幕還可用作什麼呢?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(nin)是(shi)否(fou)需(xu)要(yao)用(yong)高(gao)帶(dai)寬(kuan)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)量(liang)低(di)頻(pin)信(xin)號(hao)但(dan)又(you)不(bu)想(xiang)有(you)高(gao)頻(pin)噪(zao)音(yin)?許(xu)多(duo)示(shi)波(bo)器(qi)都(dou)具(ju)有(you)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)功(gong)能(neng),可(ke)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo),包(bao)括(kuo)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)。下(xia)一(yi)次(ci),您(nin)想(xiang)在(zai)您(nin)12GHz示波器上測量100MHz時鍾時,可使用帶寬限製功能,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
數字示波器早已具備FFT功能。隨著雷達和其他寬帶RF係統進入數字領域,現在示波器已具備瞬態或寬頻帶寬RF信號分析功能。您可以對無外部降頻轉頻器的寬帶雷達、高數據速率衛星鏈路或跳頻通信係統執行脈衝分析、數字解調和EVM測量。

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(ge)比(bi)特(te)。用(yong)不(bu)同(tong)的(de)采(cai)集(ji)模(mo)式(shi),可(ke)按(an)如(ru)下(xia)所(suo)述(shu),通(tong)過(guo)求(qiu)相(xiang)鄰(lin)采(cai)樣(yang)的(de)平(ping)均(jun)值(zhi)來(lai)提(ti)高(gao)垂(chui)直(zhi)分(fen)辨(bian)率(lv)。那(na)麼(me),通(tong)過(guo)求(qiu)平(ping)均(jun)值(zhi)和(he)采(cai)用(yong)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)模(mo)式(shi)可(ke)將(jiang)分(fen)辨(bian)率(lv)提(ti)高(gao)多(duo)少(shao)呢(ne)?理(li)論(lun)上(shang)講(jiang),增(zeng)加(jia)值(zhi)為(wei)0.5Log2N,其中N為相鄰采樣的平均數。
實際情況是,2個字節的存儲深度限製了這一增加。兩個字節為16位。保留其中一位作為符號位,剩餘的15位用作數據數值。舍入誤差使第14位和第15位成為隨機值,從而使實際限值變為13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。

圖5:提高垂直分辨率
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7. 基於示波器的信號發生器
由於許多示波器都裝有計算機I/O端口,比如USB端口或以太網端口,因此可使用這些端口來生成測試信號。隻需下載合適的軟件(可在許多標準機構的網站上查找到)來激活測試模式,您就擁有了一台信號發生器。
8. 測試文件
如(ru)果(guo)您(nin)想(xiang)像(xiang)大(da)多(duo)數(shu)人(ren)那(na)樣(yang)在(zai)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi),則(ze)可(ke)能(neng)還(hai)需(xu)要(yao)有(you)一(yi)些(xie)測(ce)試(shi)文(wen)件(jian)。了(le)解(jie)許(xu)多(duo)集(ji)成(cheng)軟(ruan)件(jian)分(fen)析(xi)工(gong)具(ju)中(zhong)的(de)測(ce)試(shi)報(bao)告(gao)功(gong)能(neng),可(ke)為(wei)您(nin)節(jie)約(yue)一(yi)些(xie)時(shi)間(jian)。想(xiang)要(yao)更(geng)高(gao)效(xiao),您(nin)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)儀(yi)表(biao)指(zhi)令(ling)自(zi)動(dong)化(hua)分(fen)析(xi)和(he)測(ce)試(shi)報(bao)告(gao)的(de)操(cao)作(zuo)。即(ji)便(bian)是(shi)基(ji)本(ben)型(xing)示(shi)波(bo)器(qi)也(ye)具(ju)備(bei)針(zhen)對(dui)文(wen)件(jian)的(de)省(sheng)時(shi)功(gong)能(neng),比(bi)如(ru)“保存全部”功能,隻需按下一個按鈕,即可保存截圖、波形數據和設置文件。

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wan數shu據ju點dian,要yao定ding位wei您nin的de事shi件jian可ke能neng意yi味wei著zhe需xu要yao瀏liu覽lan成cheng千qian上shang萬wan個ge信xin號hao活huo動dong屏ping。用yong軟ruan件jian搜sou索suo工gong具ju可ke簡jian化hua對dui長chang記ji錄lu的de瀏liu覽lan。甚shen至zhi有you前qian置zhi麵mian板ban控kong製zhi器qi,使shi您nin可ke快kuai速su進jin行xing縮suo放fang和he平ping移yi操cao作zuo,就jiu像xiang用yongDVR看視頻一樣。還可順便自動標注每個定義事件的發生情況,以便在各事件之間快速移動。

圖7:長數據記錄中標記的用途
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10. 觸發
示shi波bo器qi的de觸chu發fa功gong能neng可ke在zai信xin號hao中zhong的de正zheng確que點dian進jin行xing同tong步bu水shui平ping掃sao描miao,對dui明ming確que的de信xin號hao檢jian定ding而er言yan,是shi不bu可ke缺que少shao的de。觸chu發fa控kong製zhi器qi允yun許xu您nin穩wen定ding重zhong複fu波bo形xing並bing捕bu捉zhuo單dan次ci觸chu發fa波bo形xing。
在高速調試應用中,您的電路可能會工作99.999%或更長的時間。而正是.001%的時間會造成您的係統崩潰或正是您需要更詳細分析波形的一部分。高級觸發功能,如AB雙重事件觸發、窗口觸發、邏輯認證等等都有助於隔離問題,速度比在采集後搜索上百萬個數據樣本快很多。

圖8:高級觸發模式可減少對長數據記錄的搜索
11. 儀器的遠程控製
您是否曾有過這樣的經曆:離(li)開(kai)實(shi)驗(yan)室(shi)之(zhi)前(qian)忘(wang)記(ji)檢(jian)查(zha)測(ce)量(liang)值(zhi)或(huo)保(bao)存(cun)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)?沒(mei)有(you)特(te)殊(shu)軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)就(jiu)無(wu)法(fa)遠(yuan)程(cheng)訪(fang)問(wen)示(shi)波(bo)器(qi)了(le)嗎(ma)?幸(xing)運(yun)地(di)是(shi),隻(zhi)需(xu)打(da)開(kai)瀏(liu)覽(lan)器(qi),輸(shu)入(ru)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)IP地址,就可輕鬆接入示波器。許多示波器,甚至基本型示波器,不僅可在實驗室中聯網,還可設置為可在線訪問的網絡服務器。

圖9:網絡驅動示波器可通過瀏覽器遠程訪問
12. 眼圖
什(shen)麼(me)是(shi)眼(yan)圖(tu)?通(tong)過(guo)眼(yan)圖(tu),在(zai)高(gao)速(su)數(shu)字(zi)設(she)計(ji)領(ling)域(yu)工(gong)作(zuo)的(de)人(ren)士(shi)可(ke)識(shi)別(bie)多(duo)個(ge)比(bi)特(te)相(xiang)互(hu)疊(die)加(jia),被(bei)廣(guang)為(wei)使(shi)用(yong)的(de)圖(tu)形(xing)。如(ru)何(he)才(cai)能(neng)在(zai)不(bu)挨(ai)個(ge)查(zha)看(kan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)就(jiu)快(kuai)速(su)驗(yan)證(zheng)上(shang)百(bai)萬(wan)個(ge)比(bi)特(te)呢(ne)?在(zai)一(yi)張(zhang)瞬(shun)態(tai)圖(tu)中(zhong),您(nin)能(neng)大(da)致(zhi)了(le)解(jie)會(hui)造(zao)成(cheng)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)不(bu)可(ke)靠(kao)的(de)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)、噪音、振zhen鈴ling和he其qi他ta信xin號hao完wan整zheng性xing的de影ying響xiang。大da部bu分fen示shi波bo器qi用yong戶hu都dou很hen熟shu悉xi這zhe一yi工gong具ju,然ran而er許xu多duo人ren並bing沒mei有you意yi識shi到dao信xin號hao處chu理li和he可ke視shi化hua技ji術shu方fang麵mian的de進jin步bu,從cong而er加jia深shen對dui這zhe一yi基ji本ben圖tu形xing的de了le解jie。通tong過guo眼yan圖tu,可ke基ji本ben了le解jie電dian壓ya電dian平ping和he邊bian緣yuan速su率lv等deng參can數shu值zhi。如ru果guo再zai進jin一yi步bu延yan伸shen這zhe一yi概gai念nian,您nin可ke以yi用yongBER輪廓線(BER contours)來推斷或預測誤碼率。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。

結論
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