數字示波器采集數據

盡管高頻通訊模式如Zigbee和千兆以太網受到大量的關注，但很多工程師仍需要諸如示波器這樣的工具來幫助他們測試和調試頻率在500MHz以下的設備。在此帶寬范圍內的新的“低端”示波器提供了擴展功能，可以幫助工程師們輕而易舉地解碼串行數據流及查看測試結果。有些示波器還包括混合信號的功能來輔助開發人員同時觀測數字和模擬信號。

就在不久以前，工程師們還可以湊合著用兩通道示波器。但是現在，很多應用需要要求儀器擁有多達4個模擬通道和處理混合信號的能力。混合信號示波器可采用相同的時間基線來獲取和顯示模擬和數字信號，因此可以顯示時間校準的或時間關聯的模擬和數字信息。

例如，Agilent Technologies提供的6000系列混合示波器，可以允許工程師在2或4個模擬通道和16個數字信號中選擇。典型的示波器用戶通常用到嵌入式系統，微控制器，FPGA，ADC和電源，據Agilent公司便攜示波器產品經理Jae-Yong Chang介紹，“存儲器件通常具有芯片選擇和讀／寫兩個控制信號。因此，有了4通道示波器，工程師可以觀察這兩個控制信號和兩個其他數字信號來分析內存操作。現在的SDRAM芯片通常需要5個控制信號，因此，工程師需要4個以上通道來捕捉和分析內存狀況。”

“傳統上，當工程師需要附加的數字通道，他們采用邏輯分析儀和示波器來進行時間關聯測量”，Chang說，“但是，這需要更多的時間來安裝設備，并需要更多的努力來在儀器間傳遞信號。”而混合數字示波器，則可提供單個儀器來實時測量數字和模擬信號，恰當地校準信號并在一個屏幕上顯示。

LeCroy公司的WaveRunner和WaveSurfer示波器家族產品并不包含數字輸入，而是允許工程師們在需要時添加。該公司的MS-32示波器混合信號選擇提供32個數字輸入，外置的POD可以獨立于主示波器模擬輸入操作(圖1)。因此，添加MS一32 POD絕不會削減主示波器模擬性能。

“許多工程師采用MS-32POD來分析嵌入式系統的信號，”LeCroy公司產品經理，Dr.Mike Lauterbach說，“即便測試和調試8位微處理器，他們希望觀察8個數據線，8個地址線，以及I／O和控制信號，因此，很快就用了很多數據輸入。”

除了提供混合信號輸入，許多示波器可以捕捉，顯示，和分析用于|2C，CANbus，SPI和USB通訊串行協議中的信息。這些通訊落在許多低端示波器的帶寬范圍內。例如L ec roy的WaveRunner提供CANbus能力，可以在特定總線事件時觸發，解碼通知信息，并以工程師易懂的方式顯示結果。示波器中與特定總線相關聯的能力可以使工程師將觸發CANbus活動的模擬和數字事件關聯，觀察總線通訊如何影響總線上的傳感器和動作器。

“由于工程師加速了從并行到串行總線的轉化，他們希望以更為有用的方式來查看總線信息，”Tektronix產品計劃經理Gary Waldo說，“在I²C通訊中，你希望識別在采集中每個信息、如包開始，地址，數據，包結束及其他信息。當工程師采用典型的數字示波器時，他們必須檢查每個串行字節，并手動解碼這些字節至十六位地址和數據值。不幸地是許多工程師還得一邊斜著眼睛看顯示，一邊草草將1及0代碼寫在紙上。”

Tektronix DP04000示波器家族可以提供一個選擇，該選擇可以觸發，獲取，解碼12C信號，以及SPI和CAN信號(圖2)。Waldo說：“示波器的軟件可以拿來一個包并從中提取信息，如地址值，讀或寫周期，確認字，數據等，這些示波器可以以總線波形，表格形式，或有時間印記的方式展示該信息，迅速匯總所有總線活動。另外，這些類型的示波器可以允許你搜尋某終止的采集中特定的總線事件，數據包，及地址。

不論你打算檢測串行總線字節還是測量供電信號，你都需要仔細看一下示波器帶寬。很多工程師知道帶寬會限制他們所能觀測的頻率，通道教目決定他們能觀察信號的數量。但是，他們有可能沒有完全了解樣品率，內存深度和帶寬間關系。

帶寬和樣品率比較容易理解，Agilent公司的Chang說：“理論上講，為了準確捕捉有特定帶寬的信號，你必須以兩倍帶寬頻率取樣，許多示波器以4到5倍帶寬頻率取樣來保證良好表現。有些供應商以10倍帶寬頻率取樣，但是這種過度取樣的技術可能迅速占用內存，示波器收集r無用的數據。如果示波器以10倍帶寬頻率取樣，則比采用較低取樣率示波器需要更多的內存。”

因此，為什么要以十倍帶寬標準取樣呢?示波器采用某種算法來連接數據點并產生光滑圖形，有些算法需要的點數更多。Tektronix的Gary Waldo說：“sin(x)／x算法需要五倍取樣率／帶寬比率來準確重新制造信號，但是線性插圖法需要10倍。

盡管sin(x)／X插圖法可能得到看起來更漂亮的信號，但是可能導致工程師看到根本就不存在的平滑信號。因此，工程師應當采用所要測試信號種類的已知信號來“試駕”示波器，以此來觀察示波器展示信號信息的準確程度。

有些示波器用戶認為具有高取樣率的示波器可以更好地捕捉快速和難測的信號，“但不總是這樣，”Agilent公司的Chang說：“當信號進入示波器后，穿過限制示波器帶寬的低通過濾器。因此，過濾器在信號到達ADC前截斷了超過帶寬的高頻錯誤。”因此，高取樣率并不自動轉換為高帶寬。

當工程師考慮示波器總體帶寬的同時，他們也應當保證這些帶寬在所有通道中平等地應用。在有些儀器中，他們發現取樣率及帶寬隨著多通道的開通而減少。因此，如果某應用需要同時在所有通道中捕捉具有500MHz帶寬單發事件，需要確保示波器可以符合要求。

盡管帶寬似乎像簡單規格那樣容易理解，但它需要仔細的思考。“如果你必須測量一個100MHz信號，不要買100MHz帶寬的示波器，”

LeCroy的Dr．Mike Lauterbach解釋說，“帶寬規定了示波器幅頻圖上的一3dB點，所以對于100MHz帶寬示波器，100MHz信號低3dB開始。盡管有人推薦4倍帶寬的示波器，但你需要至少具有你信號兩倍帶寬的示波器。”觀察你信號的能量譜圖，并以此來確定你所需要的帶寬。

示波器的預計使用年限也應計入帶寬要求中。“如果你希望使用這個示波器2-5年，你需要有足夠的帶寬來滿足你這段使用時限內的設計和要求，”Lauterbach說，“工程師經常只買滿足他們當前帶寬要求的產品。而公司如果現在出多一些錢，那么將來它的工程師就不必在幾年內重新購買新的更高帶寬的示波器。”