用混合信号示波器勘探仿照和数字信号

2017-05-07 11:38分类：万用表阅读：

　　许多根据微操控器的体系都有仿照和数字信号。即便看起来是彻底数字的体系也不完满是数字的，由于存在振铃和串扰等仿照效应。因而，对体系中的信号通常需求一同持有仿照和数字的视角。这恰是混合信号示波器（MSO）能够帮忙到你的本地。

　　混合信号示波器一同具有示波器的功用和逻辑剖析仪的有些功用。最多见的混合信号示波器装备有4个仿照通道和16个数字通道，它们最适宜用于嵌入式微处理器板的查错。

　　图1所示的处理器板框图包括比方电源、时钟、模数改换器（ADC）输入和数模改换器（DAC）输出等仿照信号，也有并行和串行的数字信号。并行数字信号包括CPU和GPIO接口的数字和地址线。以太网、SATA、PCIe、SPI、I2C和UART等接口则是高速和低速串行数据信号。混合信号示波器能够让你在仿照或数字域中一同查询这些信号。两个域中的闪现都是时刻上同步的，有助于发现疑问。经过从仿照、数字或两者联络的触发还有助于确诊。这些收集本钱还有一整套丈量与剖析东西进行抵偿。不论是哪个域中的数据，这些东西都能够处理。其他，能够便本地运用查找功用定位串行或并行数字化数据图画。

　　图1:包括仿照（绿色）、数字（赤色）和串行数据（蓝色）信号的嵌入式微处理器板比方。混合信号示波器供应了单台仪器就能丈量和查错悉数这些类型信号的计划。

　　比照仿照和数字

　　数字示波器中的仿照波形是将收集到的信号标明为一系列采样点。这些采样点是以示波器的采样速率获取的，并用示波器中的模数改换器（ADC）位数设定的崎岖分辩率进行了数字化。现代高频示波用具有8位（256个等级）到12位（4096个等级）的ADC分辩率。

　　混合信号示波器中的数字轨道代表一个比特，是以数字采样率采样的。崎岖根柢上从0到1改动，根据的是比预设的逻辑阈值（许多混合信号示波器为多种系列逻辑器材供应预设的逻辑电平）高仍是低，它们代表了数字输入的状况。图2闪现了仿照轨道（底部）和数字轨道（顶部）的比照。

　　图2:数字轨道（顶部）和仿照波形的比照。数字轨道崎岖用1或0标明，差异根据是数字输入端的电压是高于仍是低于用户设定的逻辑阈值。仿照轨道被分化为4096个（12位）崎岖等级中的恣意一个。

　　仿照轨道能够闪现随时刻发作的电压纤细改动。你能够看到比方脉冲上冲和振铃等景象。在C1描写块中可见的光标崎岖读取功用能够读到低至mV的崎岖。（在数字1描写块中的）数字轨道光标读取功用则陈说0和1的崎岖。记住，数字轨道只闪现数字线的状况，只需0和1两个值。

　　当闪现多根数字线时，你通常能够挑选用一根线独自查询、捆绑成总线查询或两种查询一同进行，如图3所示。在图3中，8根数字线（D0到D7）以总线办法被一同闪如今画面上（底部轨道），它用十六进制计数办法闪现了悉数数字线的总值。留心，D7是最高位（MSB），D0是最低位（LSB）。

　　图3:以单线和总线办法闪现的D0至D7多根数字线。总线办法闪现了十六进制计数的悉数8根线总数。D0是最低位，D7是最高位。典型的丈量东西包括将数字线作为源的光标和守时参数，如图中所示。

　　你能够将示波器的参数丈量东西运用于任何一种信号类型，但对数字轨道的丈量被束缚为与时刻有关的丈量，如周期、宽度、占空比和延时。这些参数与更为多见的仿照波形参数相同能够作为趋势（按先后次第制作参数值）、盯梢（制作时刻上与源轨道同步的参数值）和直方图剖析东西的根据。图3闪现了根据所示数字线的8个参数（P1-P8）。

　　数字计划的查错

　　下面的比方展现了能够用混合信号示波器结束的一些根柢确诊办法。榜首个事例中研讨的电路是一个简略的D触发器，以时钟上升沿触发。数字线D0联接到触发器的数据输入端（D）。D1闪现的是时钟，D2闪现的是Q输出。与此一同，仿照通道C1、C3和C4别离联接到相同的点。这些波形闪如今图4的左面。Q输出（D2）的周期和宽度用参数P1和P2进行丈量。示波器的时基被设为收集大约5000个时钟脉冲。

　　图4:运用D2周期的踪影定位收集记载中的长周期。缩放最大周期能够便本地查询数字和仿照轨道中的细节。

　　参数核算标明，周期的均匀值为208ns,最大值是416ns，这意味着输出没有坚持期望的周期。踪影F1是周期丈量的轨道，闪如今数字闪现器下方的左上侧栅格中。这个轨道闪现了作为与源轨道在时刻上同步的函数的D2周期。光标标识了踪影指示、而且周期值添加的点。悉数轨道都经过缩放处于最大Q输出周期的方位，缩放后的轨道闪如今闪现器的右侧。

　　代表过错时钟触发的数据信号的长周期闪如今右上栅格中的数字轨道中。轨道Z4中也闪现了仿照轨道C4的缩放作用。参数P3丈量的是数据C1和时钟C3之间的树立时刻。核算作用再次标明，最小树立时刻要比标称值短20%。F2中的树立时刻踪影闪现，这个缩短的树立时刻是与拓宽周期同步发作的。

　　这是发现此类疑问的一种办法。其他一种办法是运用被称为WaveScan的示波器内置查找东西，如图5所示。留心，大大都混合信号示波器都具有某种办法的查找东西。

　　图5:运用WaveScan并经过在D2上查找逾越标称208ns的周期丈量值来寻觅反常点的设置。

　　查找东西能够在很长的记载中查找，寻觅边际、不安稳边际、超短帧、串行数据图画、并行（总线）数据图画或丈量数据。在本例中，咱们查找在D3上测得的逾越250ns的周期。当满意这种条件时，它会接连收集，闪现数字源轨道，并对源轨道进行缩放。反常状况用赤色高亮闪现，丈量到的反常值闪如今相邻的表中。一旦发现疑问，仿照轨道将被翻开，以便查询致使疑问的物理层疑问，就像咱们早年做的那样。

　　混合信号示波器能够让你查询多达16条数字轨道，数量要比仿照通道多。在图6中，8条数字轨道记载了两个级联的8位移位寄存器的作业进程，这些移位寄存器是伪随机二元序列发作器的基地电路。首要需求留心，轨道标签是定制过的，用于反响电路中的功用。咱们能够看到时钟和串行数据输入以及来自移位寄存器的A和B有些的Q6、Q7和Q8输出。咱们能够看作是从左到右经过从串行输入轨道初步的悉数16级电路传达的“长-短”图画（从顶部数第二个）。

　　参数P1运用选通延时参数丈量串行输入轨道上从触发器初步到图画结束降低沿的时刻。对Q6-A轨道上的那个边际做相似的丈量。将参数公式用于P3核算这两个边际之间的时刻差，作用是515.3 μs.参数P4丈量时钟周期。P5中的参数公式用于将时钟周期乘以6，以验证从串行输入到Q6-A的期望延时，假定是515.3 μs即是精确的操作。输出Q7-A和Q8-A标明添加了一个时钟周期的延时。经过相似的办法还能够验证悉数16级电路的精确传达延时。

　　图6:验证一个双8位串行移位寄存器的精确传达延时。

　　混合信号示波器的数字轨道功用能够用来收集来自I2C、SPI和其它低频串行规范的串行数据，如图7所示。这儿的D0包括SPI数据，D1是SPI时钟信号。解码器将这些波形用作源轨道，以便解码数据内容，并用蓝色轨道掩盖层和随附表格闪现出来。解码数据能够用ASCII、二进制或16进制闪现。表格也列出了有关于触发器的数据包方位，以及每个解码出的字节的比特率。