示波器性能术语及应用

如前所述，示波器类似于照相机，能够捕获我们所感知的信号图象。按快门的速度、采光条件、光圈和胶卷的ASA 等级都会影响照相机捕获图象的清晰度与准确度。示波器的基本体系结构也类似，示波器的性能考虑将在很大程度上影响到其对所要求的信号完整性的实现能力。

        掌握一门新技术通常涉及到学习新的词汇，学习使用示波器也是如此。本部分将描述一些常用的度量标准和示波器的性能术语。这些术语用来描述一些基本准则，而这些准则正是正确选择操作所用的示波器的依据。理解和掌握这些术语将有助于评定和比较不同的示波器。

带宽

        带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降。本规范指出示波器所能准确测量的频率范围。

        示波器带宽指的是正弦输入信号衰减到其实际幅度的70.7% 时的频率值，即－ 3dB 点，基于对数标度（见图46）。

        如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽，得到的关于信号的所有特性，响铃和振鸣等都毫无意义。

        测定示波器带宽的方法：在具体操作中准确表征信号幅度，并运用5倍准则。使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过＋/－2%，对今天的操作来说已经足够。然而， 随着信号速率的增加，这个经验准则将不再适用。记住，带宽越高，再现的信号就越准确（见图47）。

上升时间

        在数字世界中，时间的测定至关重要。在测定数字信号时，如脉冲和阶跃波，可能更需要对上升时间作性能上的考虑。示波器必须要有足够长的上升时间，才能准确地捕获快速变换的信号细节。(armtt6)

        上升时间描述示波器的有效频率范围。一般用下面的公式来计算特定信号类型示波器的上升时间：

        请注意，选择示波器上升时间的依据类似于带宽的选择依据。对于带宽，考虑到信号速率的极端情况，这个经验准则也并不总是适用。记住，示波器的上升时间越快，对信号的快速变换的捕获也就越准确。在一些应用中，可能只有信号的上升时间是已知的。带宽和上升时间通过一个常数相关联：

        其中，k 是介于0.35 和0.45 之间的常数，它的值取决于示波器的频率响应特性曲线和脉冲上升时间响应。对带宽小于1 GHz的示波器，其常数k 的典型值为0.35，而对带宽大于1GHz 的示波器，其常数k 的值通常介于0.40 和0.45 之间。

        如图49 所示，一些逻辑系列本质上具有更快的上升时间。

采样速率

        采样速率：表示为样点数每秒（S/s），指数字示波器对信号采样的频率，类似于电影摄影机中的帧的概念。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丢失的概率就越小，如图50 所示。如果需要观测较长时间范围内的慢变信号，则最小采样速率就变得较为重要。典型地，为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制按钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。

        如何计算采样速率？计算方法取决于所测量的波形的类型，以及示波器所采用的信号重构方式。为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯特定理规定，信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度，而且，从定义上看，低频干扰是不连续的，所以，采用两倍于最高频率
成分的采样速率通常是不够的。

        实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。

        在使用正弦插值法时，为了准确再现信号，示波器的采样速率至少需为信号最高频率成分的2.5 倍。使用线性插值法时，示波器的采样速率应至少是信号最高频率成分的10 倍。

        一些采样速率高达20GS/s,带宽高达4GHA的测量系统用5倍于带宽的速率来捕获高速，单脉冲和瞬态事件。

波形捕获速率

        所有的示波器都会闪烁。也就是说，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量。这就是波形捕获速率，表示为波形数每秒（wfms/s）。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内，采样输入信号的频率，波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率（参见图51 和52）。

        数字存储示波器（ DSO）使用串行处理机制，每秒钟可以捕获10到5000个波形。一些DSO提供一种特殊的模式，它能迅速把各种捕获信息存储到海量存储器中，暂时提供较高的波形捕获速率，而随后是较长的一段处理时间，这段处理时间内不重新活动，减少了捕获稀少和间歇事件的可能性。

        大多数数字荧光示波器（ DPO）采用并行处理机制来提供更高的波形捕获速率。一些DPO可以在一秒钟之内获得数百万个波形，大大提高了捕获间歇的和难以捕捉事件的可能性，并能让用户更快地发现信号中存在的问题。而且，DPO的实时捕获和显示三维信号特性（如幅度、时间以及幅度的时间分布特性）的能力使其能够得到更高等级的信号特性。

记录长度

        记录长度表示为构成一个完整波形记录的点数，决定了每个通道中所能捕获的数据量。由于示波器仅能存储有限数目的波形采样，波形的持续时间和示波器的采样速率成反比。

        现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要500 点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。

触发能力

        示波器的触发功能在正确的信号位置点同步水平扫描，决定着信号特性是否清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单脉冲波形。关于触发性能的更多的信息请参考性能术语和应用的触发器部分。

有效比特

        有效比特是示波器准确再现正弦信号波形的能力的度量。这个度量将示波器的实际错误同理论上理想的数字化仪进行比较。由于实际的误差数包括噪声和失真，所以，必须指定信号的频率和幅度。

频率响应

        仅仅采用带宽是不足以保证示波器准确捕获高频信号的。示波器设计的目标是一个特定类型的频率响应：最大平坦包络时延（MFED）。此类型的频率响应用最小的过冲和阻尼振荡，提供极好的脉冲逼真度。由于数字示波器是由实际的放大器、衰减器、模数转换器（ADC）、连接器和继电器组成，MFED响应只是对目标值的一个逼近。不同模型和不同制造商的产品的脉冲逼真度有着很大的不同（图46 说明了这一概念）。

垂直灵敏度

        垂直灵敏度指示垂直放大器对弱信号的放大程度，通常用每刻度多少毫伏（mv）来表示。多用途示波器能检测出的最小伏特数的典型值约为1mv 每垂直显示屏刻度。

扫描速度

        扫描速度表征轨迹扫过示波器显示屏的速度有多快，使您能够发现更细微的细节。示波器的扫描速度用时间 (秒) / 格表示。

增益精度

        增益精度是表征垂直系统对信号的衰减或放大的准确程度，通常用多少百分比误差来表示。

水平准确度(时间基准)

        水平或者时基准确度是指在水平系统中，显示信号的定时的准确程度，通常用多少百分比误差表示。

垂直分辨率(模数转换器)

        模数转换器的垂直分辨率，也就是数字示波器的垂直分辨率，是指示波器将输入电压转换为数字值的精确程度。垂直分辨率用比特数来度量。计算方法能提高有效的分辨率，例如高分辨率捕获模式。请参考示波器系统和控制部分的水平系统和控制一节。

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为什么示波器的波形更新率非常重要？

引言

　　 带宽、 采样率和 存储深度是工程师选择数字示波器时最常使用的评估指标。波形更新率则是另一项重要的考虑因素。示波器采集波形和更新显示的速率确定了捕获到随机和偶发事件，例如 毛刺的概率。这篇应用指南通过调试应用 试图捕获随机和偶发产生的亚稳态 来说明波形更新率的重要性。通过使用各种采集模式，我们比较来自三个厂家，具有类似带宽和价格竞争的四种示波器的波形更新率。

　　当您评估示波器时，其反应能力会影响您的决定。为正确感受示波器反应是否敏捷，只需探测相对快的重复信号和观看其反应。如果示波器的显示更新太慢，就会感到这台示波器非常迟钝，因而极不好用。今天一些有较深存储器的示波器就属于这种情况，因为处理深存储器记录而减慢了更新率。一般来说，如果示波器显示达到至少每秒二十次更新，所显示的波形将表现为“实况”，并感觉示波器反应敏捷。但波形更新率的重要性远不止是反应能力这一个方面。“实况”感觉并不能说明示波器捕获到偶发和随机事件的概率。

　　今天的一些示波器厂商宣称更新率达到数十万波形/秒的量级。但人眼并不能辨析这一量级的差别。当您调试高速数字电路时，由于能增加捕获偶发事件的概率，因此示波器更新率达到这一量级至关重要。如果您要观察的是精确重复的信号（无异常），那么极快的更新率并不很重要。但当信号并非精确重复 即有异常产生时 随机和偶发产生的事件会使您大伤脑筋。更快的更新率能提高捕获到难解事件的概率，为您的调试提供帮助。

用实时采样捕获亚稳态

　　图1 示出一个随机亚稳态（毛刺），它在数据信号中平均每50,000个周期仅产生1次。如果您事先知道该事件为随机发生，就可把大多数示波器设置在毛刺条件上触发 即根据最小脉冲宽度设置示波器 从而可靠捕获示波器各次采集上的毛刺。但如果您不知道毛刺的存在，就可能只是简单探查设计中的不同信号来验证正确的信号保真度，因此示波器设置在标准的上升或下降沿条件上触发。

　　由于它们相对慢的更新率，大多数示波器为捕获偶发事件，需要采集远不止是几秒的数据。如果您打算用一般调试方法，在每一测试点上探测几秒钟，并想捕获到各结点上可能产生的偶发事件，示波器就必须有极快的更新率。

　　图1 是用 Agilent's 6000 系列示波器捕获到的毛刺，该示波器甚至能在带sin(x)/x重建时，用实时采样达到100,000 次/ 秒的波形更新。在这一更新率下，示波器捕获到该特用实时采样捕获亚稳态定信号的统计概率约为每秒二次。采用专有MegaZoom III 技术的Agilent示波器实现了这一业内领先的更新率。

　　一旦我们发现电路存在非预期的行为，就可开始进一步调试我们的系统。使用混合信号示波器（ MSO）的逻辑通道，就能设置跨多个模拟和数字通道的组合逻辑码型触发条件。它揭示由于时钟抖动，我们的系统偶尔出现对建立 保持时间指标的超差，如图2 所示。

　　图3 是尝试用 Tektronix TDS3000 系列示波器捕获同样的异常事件，该示波器采用默认的实时采集模式，具有10 k 点的最大存储器。由于在此特定条件下的示波器更新不到每秒 800 次，把探头放在测试点上 10 秒后，我们未捕获到任何异常。在这一更新率下，一般需要在该测试点上探测 1 分钟，才能捕获到每 50,000个周期平均仅产生一次的一个偶发毛刺。

　　如果您猜想可能存在偶发毛刺，而让示波器处于快触发模式，该模式把示波器的存储器深度限制为500点，以提高其更新率。因此在调试数字系统时，您必须确定是采样率和存储器深度，还是更新率更为重要。但即使是在采集的专门快触发模式，此设置（10 ns/div）下也仅把更新率改进到约3,000波形/秒，为捕获到一个毛刺，需要保持探头与测试点约20 秒的接触。如果您打算用一般调试方法，在每一测试点上探测几秒钟，使用任何一种采集模式都可能丢失这一事件。

　　图 4 是使用 Tektronix 高性能TDS5000 系列示波器的类似例子，它有100,000 波形/ 秒的标志性波形3用实时采样捕获亚稳态（续）更新率指标。但由于其默认的实时采集更新率被限制为只有60 波形/秒，因此捕获到该异常仍仅有很低的概率。虽然60 波形/ 秒对于示波器的“实况”感觉是足够快的，但为捕获到仅仅一个毛刺，需要把探头放在测试点上的平均时间将近 14 分钟。

        图5是尝试用 LeCroy WaveSurfer400 系列示波器默认的实时采集模式捕获同样的异常事件。由于在此时基设置下示波器的实时更新率仅165 波形/ 秒，把探头放在测试点上10 秒后，我们未捕获到任何异常。为使用LeCroy WaveSurfer示波器捕获该毛刺，需要在该测试点上探测将近5 分钟。

使用专门的采集模式

　　在使用四种不同示波器实时采集模式的上述例子中，只有采用MegaZoom技术的 Agilent MSO6000系列示波器能可靠捕获偶发的亚稳态（图1）。但使用其它“专门”采集模式时情况又会如何呢？如前所述，Tektronix TDS5000 系列示波器宣称具有高于100,000 波形/ 秒的标志性波形更新率指标。该更新率对捕获偶发事件（50,000 周期中的1个）应是足够的。使用Tektronix 的FastAcq采集模式，TDS5000系列示波器确能以超过100,000/ 秒的采集捕获波形，如图6所示。但为使用这一工作模式，您必须作出多方面的权衡。该FastAcq 模式：

　　·把示波器的最大采样率限制为1.25 GSa/s
　　·限制存储器深度
　　·禁用波形运算
　　·禁用 sin(x)/x 重建
　　·禁用点连接
　　·禁用对捕获波形的平移和缩放能力

　　FastAcq 基本上是一种专门的等效时间/重复采样模式，在功能和性能上有许多权衡。在您使用这种模式时要了解这些权衡。使用这一专门的采集模式，我们能够可靠捕获偶发的亚稳态，在显示上示出的结果是离散点 而不是完整的波形。

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定义完整波形

　　并非所有建立的波形都相同。您如何定义一个完整的波形？根据定义，当您使用带重建sin(x)/x的实时采样时，每一次采集将产生一个包括最小为500 至1000 点的完整波形。但当您使用等效时间/ 重复采样，包括 TDS5000 系列示波器的Tektronix的FastAcq模式时，各重复采集周期将产生不完整的波形，越快的时基范围上有越宽的样本间距。以200 ps/div 为例，Tektronix 的FastAcq模式在每一个采集周期只产生2.5 点（平均），这是因为示波器被限制为只有1.25GSa/s的最大采样率。这样的点数对于定义一个完整波形是不足的。虽然这些示波器在使用FastAcq 时能保持超过100,000采集/秒的采集率，但在此设置下并不能每秒产生100,000 个完整波形。

　　因此为比较使用等效时间采样技术的各种竞争示波器的波形/秒，必须规范为在较快时基范围的采集率，从而计算“完整”波形/秒的更新率。

　　在这篇应用指南中为进行有实际意义的比较，我们把完整波形的标准定为最小500 点。在10 ns/div（这是捕获我们亚稳态所用的时基设置）时，Tektronix的FastAcq模式有140,000 采集/ 秒的测量采集率。但由于该采集模式把示波器的最大采样率限制为仅1.25 GSa/s，因此每次采集只产生125 点。如果我们使用500 点的规范化系数，可看到Tektronix 示波器约每秒产生35,000个完整的或规范化的波形（采集率/[500点/每次采集的采集点数]），这是相当不错的，但它约为此设置时Agilent MSO6000系列示波器波形更新率的1/3 而且对Agilent 示波器来说，您不需要选择专门的采集模式，以及由此带来的权衡。

比较波形数/ 秒

　　除了选择采集模式外，许多其它设置条件的变化都会影响示波器的更新率，包括时基范围、测量、有效通道数、存储器，以及显示波形的复杂程度等。图 7 示出作为时基设置函数的波形数/ 秒，所有4种示波器都使用其最快的采集模式。在这一波形更新率测试中，为收集数据的设置条件作了优化，以展示各种示波器在最好条件下的更新率性能。这些设置条件包括单通道采集，触发参考点在中心屏幕处，以及测量和波形运算关。

　　2 种Tektronix 示波器为得到最快更新率，TDS3000 系列示波器需选择专门的快触发模式，TDS5000系列示波器需选择FastAcq 模式。LeCroy WaveSurfer示波器使用等效时间采样。而Agilent 6000系列示波器实现最快更新率不需要选择专门的工作模式。Agilent 示波器使用带sin(x)/x 和点连接（矢量）的默认实时采样模式得到其整体上最快的更新率。虽然 Tektronix 的FastAcq 模式接近 Agilent 6000 系列示波器的性能，对于捕获偶发的亚稳态不失为一种好的选择，但您应知道在使用这一专门工作模式时，必须考虑在性能和功能上作出的权衡。

　　作为比较，图 8 是所有4 种示波器在使用各自默认实时采集模式时的每秒波形更新率图。注意图中垂直刻度是对数坐标。在大多数情况下，当使用默认实时采样模式时，Agilent MSO6000 系列示波器达到的更新率要比竞争示波器快几个数量级。

　　图7和图8更新率图中使用的测量和计算数据见本文附录A 和附录B，包括图中未示出的Agilent 等效时间模式。

总结

　　虽然工程师在选择数字示波器时通常会了解波形更新率性能，但波形更新率对您发现和排除间歇性电路问题的能力有重大影响。采用MegaZoom III 技术的 Agilent 6000系列示波器提供这一档次示波器的最快波形更新率，而不要求使用者选择专门的工作模式，从而避免在性能和功能上作出权衡。由于Agilent混合信号示波器有16个逻辑定时通道，使找到间歇性故障的原因成为比较容易的任务。

术语

　　等效时间采样：重复使用多个采集周期数字化输入信号。
　　FastAcq：某些Tektronix 示波器使用的一种专门的等效时间采样模式，它可改进更新率，但会牺牲示波器的采集性能和功能。
　　MegaZoom III ：Agilent 专利第三代示波器技术，在使用深存储器时提供快更新率和高分辨率显示质量。
　　亚稳态：数字电路的一种不稳定输出条件，通常由输入的建立和/ 或保持时间超差造成，并作为毛刺出现。
　　混合信号示波器(MSO)： 一种具有附加逻辑定时分析通道的示波器，能建立跨模拟和数字输入的时相关和组合触发。
　　实时采样：使用高采样率由单次采集数字化输入信号。
　　Sin(x)/x 重建：重建实时采样波形的DSP 滤波器特性，在遵从Nyquist 定律时提供更高分辨率，以更精确地描绘实际信号。

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新型数字示波器的应用

示波器一直是工程师设计、调试产品的好帮手。但随着计算机、半导体和通信技术的发展，电路系统的信号时钟速度越来越快，信号上升时间也越来越短，导致因底层模拟信号完整性问题引发的数字错误日益突出。针对这些新的测试挑战，示波器供应商不断推出了性能更好的数字示波器。但要想准确快速地对系统信号进行分析，测量时还有很多新的因素必须考虑。如仪器速度能否跟上被测信号的变化、带宽是否足够、测量方法会不会引入干扰，甚至还有所使用的探头是否合适等等。

 

　　问题1：每台示波器都有一个频率范围，比如10M、60M、100M...我手头用的示波器标称为60MHz，是不是可以理解为它最大可以测到60MHz？可我用它测4.1943MHz的方波时都测不到，这是什么原因？

 

　　答：60MHz带宽示波器，并不意味着可以很好地测量60MHz的信号。根据示波器带宽的定义，若输入峰峰值为1V的60MHz正弦波到60MHz带宽示波器上，您在示波器上将看到0.707V的信号(30%幅值测量误差)。如果测试方波，选择示波器的参考标准应是信号上升时间，示波器带宽＝0.35/信号上升时间×3，此时您的上升时间测量误差为5.4%左右。

 

　　示波器的探头带宽也很重要，若使用的示波器探头包括其前端附件构成的系统带宽很低，将会使示波器带宽大大下降。如若使用20MHz带宽的探头，则能实现的最大带宽是20MHz，如果在探头前端使用连接导线，将会进一步降低探头性能，但对4MHz左右方波不应有太大影响，因为速度不是很快。

 

　　另外还要看一下示波器使用手册，有的60MHz示波器在1:1设置下，其实际带宽将锐减到6MHz以下，对于4MHz左右的方波，其三次谐波是12MHz，五次谐波是20MHz，若带宽降到6MHz，对信号幅值衰减很大，即使能看到信号也绝对不是方波，而是幅值被衰减了的正弦波。

 

　　当然，测不出信号的原因可能有多种，如探头接触不好(该现象很容易排除)，建议用BNC电缆连接一函数发生器，检验该示波器本身有没有问题，探头有没有问题，如有问题，可和厂家直接联系。

 

　　问题2：有些瞬时信号稍纵即失，如何捕捉并使其重现？

 

　　答：将示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成Normal，触发条件设置成边沿触发，并将触发电平调到适当值，然后将扫描方式设置成单次方式)，注意示波器的存储深度将决定您能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。

 

　　问题3：在PLL中周期抖动可以衡量一个设计的好坏，但是要精确测量却非常困难，有什么方法和技巧吗？

 

　　答：在使用示波器时，要注意其本身的抖动相关指标是否满足您的测试需求，如示波器本身的触发抖动指标等。同时要注意使用不同的探头和探头连接附件时，若不能保证示波器的系统带宽，测量结果也会不准确。另外关于 PLL设置时间的测量，可使用示波器+ USB- GPIB适配器+软件选件来完成，也可用较为便宜的调制域分析仪。

 

　　问题4：为什么我的示波器有时候抓不到经过放大后的电流信呢?

 

　　答：如果信号的确存在，但示波器有时能抓到有时抓不到，这就可能和示波器的设置有关系。通常可将示波器触发模式设置成Normal，触发条件设置成边沿触发，并将触发电平调到适当值，然后将扫描方式设置成单次方式。如果这种方式还不行，那就可能是仪器出了问题。

 

　　问题5：如何测量电源纹波？

 

　　答：可以先用示波器将整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可)，同时还要利用示波器的FFT功能从频域进行分析。

 

　　问题6：新型数字示波器怎样用于单片机开发？

 

　　答：I2C总线信号一般工作速率不超过400Kbps，最近也出现了几Mbps的芯片，有的示波器在设置触发条件时，无需顾及不同速率的影响，但对其它总线，如 CAN总线，则需要先在示波器上设置CAN总线当前的实际工作速率以便示波器能正确理解协议，并正确触发。若想对Inter-IC总线信号进行进一步的分析，如协议级分析，可使用逻辑分析仪，但相对来说价格比较高。

 

　　问题7：关于模拟和数字示波器比较的问题：1、模拟和数字示波器在观察波形的细部时，哪个更有优势(例如在过零点和峰值时，观察1%以下寄生波形)？2、数字示波器一般提供在线显示均方根值，它的精度一般是多少？

 

　　答：1)观察1%以下寄生波形，无论是模拟示波器还是数字示波器，观察精度都不是很好。模拟示波器的垂直精度未必比数字示波器更高，如某500MHz带宽的模拟示波器垂直精度是±3%，这并不比数字示波器(通常精度为1～2%)更具优势，而且对细节，数字示波器的自动测量功能比模拟示波器的人工测量更精确。

 

　　2)对于示波器的幅值测量精度，很多人用A/D位数来衡量。实际上，随着您所用的示波器带宽、实际采样率设置等，它会有所变化。若带宽不够，本身带来的幅值测量误差就很大，若带宽够了，采样设置很高，实际的幅值测量精度也不如采样率低时候的精度(您有时可参考示波器的用户手册，它可能会给出不同采样率下，示波器的A/D实际有效位数)。总的来讲，示波器测量幅值，包括均方根值的精度往往不如万用表，同理，测量频率它不如频率计数器。

 

　　问题8：毛刺触发指标有什么意义(例如5ns)？假如有一个100MHz示波器，测量的方波信号大约是10M左右，而且是占空比1:1左右的方波，设想一下，一个10M的方波，它的正向或负向的脉宽都是50ns，那么在什么样的情况下能真正用到5ns这个性能呢？

 

　　答：毛刺/脉宽触发一般有两种典型应用场合，一是同步电路行为，如利用它来同步串行信号，或对于干扰非常严重的应用无法用边沿触发正确同步信号时，脉宽触发就是一个选择；另一是用来发现信号中的异常现象，如因干扰或竞争引起的窄毛刺，由于该异常是偶发显现，必须用毛刺触发来捕获(也有一种方法是峰值检测方式，但峰值检测方法有可能受其最大采样率的限制，所以一般是只能看而不能测)。在问题所提的例子中，若被测对象的脉冲宽度是50ns，而且该信号没有任何问题，也就是说没有因干扰、竞争等问题引起的信号畸变或变窄，那么用边沿触发就可同步该信号，无需使用毛刺触发。根据不同的应用，未必会使用到5ns这个指标，一般用户将脉宽触发设置为10ns～30ns。

 

　　问题9：在选择示波器时，一般考虑最多的是带宽，那么在什么情况下要对采样速率有所考虑呢？

 

　　答：取决于被测对象。在带宽满足的前提下，希望最小采样间隔(采样率的倒数)能够捕捉到您需要的信号细节。业界有些关于采样速率经验公式，但基本上都是针对示波器带宽得出的，实际应用中，最好不用示波器测相同频率的信号。若在选型时，对正弦波选择示波器带宽应是被测正弦信号频率的3倍以上，采样率是带宽的4到5倍，也即实际上是信号的12到15倍；若是其它波形，要保证采样率足以捕获信号细节。若您正在使用示波器，可通过以下方法验证采样率是否够用：将波形停下来，放大波形，若发现波形有变化(如某些幅值)就说明采样率不够，否则无碍。另外也可用点显示来分析采样率是否够用。

 

　　问题10：如何理解“考核波形采样率够不够时，将波形停下来，放大波形，若发现波形有变化(如某些幅值)就说明采样率就不够，否则无碍。也可用点显示来分析采样率是否够用。”？

 

　　答：我有幸给用户做过实测，曾亲历这种现象。当时被测对象是一种看上去很随机且高速变化的信号，用户将触发电平设在-13V左右。波形采集下来后想放大测量细节时，却发现改变示波器时基(SEC/DIV)设置时，信号幅值突然变小，我当时将示波器改成点显示，发现好像是点数(存储深度)不够，但我比较点显示和矢量显示后，发现若矢量显示有一定可信性，那么就是当前的两个采样间隔(采样率的倒数)中信号有突变，但未能被采集到(采样间隔不够细，即采样率不够高)。我换了一台同样存储深度但采样率较高的示波器，发现问题消失了。

 

　　存储深度也会影响示波器能用到的实际最大采样率。存储深度太浅可能是个问题，因为存储深度可能限制能实际用到的最大采样速率，但实质上是采样率不够，丢失了信号细节。存储深度不够深，可能会导致实际采样率不高，这一点跟厂家提供的指标关系不大。

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应用于现场的示波器

工业万用示波表123：三种仪器集于一体

　　坚固紧凑的工业型万用示波表123真正将示波器、万用表和无纸记录仪集成为一台经济易用的手持式仪器。可以快速查寻机床、仪表、控制和电源系统的故障，为工业用户的故障诊断和安装调试提供全面的解决方案。

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• 坚固紧凑的外壳设计

万用示波表190系列：速度、性能和分析能力

　　对于越来越多要求严格的应用，万用示波表190系列高性能的示波器功能可以提供高档台式仪器才有的技术指标。200MHz的带宽，2.5GS/s的实时采样率和每通道27,500点的深存储为应用工程师提供了一种手持式、电池供电并具有高档示波器所有功能的理想测试仪器。

• 双通道——60、100和200MHz
• 高达2.5GS/s的实时采样率
• 即触即测（Connect-and-ViewTM）自动触发，全过程手动触发模式并带有外部触发功能。
• 示波记录模式下每通道27,500点记录长度
• 自动捕获和重视100个屏幕
• 24个自动波形测量
• 光标读数，图象放大和实时钟
• 四小时可充电镍氢电池
• 二类1000V独立的浮地隔离通道
• 5000字真有效值多用表和趋势绘图无纸记录仪

工业万用示波表123象1-2-3一样简单

　　面对当今复杂的系统，仅用万用表的测量已经无法提供足够的信息以决定故障的起因。对于导致设备停机的信号异常、间歇和毛刺，示波器是最好的显示方法。

　　福禄克工业示波表123满足了当今同时进行测量和检查波形的需要。独特的“即触即测”功能自动显示多种实际信号的波形。这的确就象1-2-3一样简单。

一台三合一的工具

　　工业示波表123将双通道20MHz数字存储示波器，双真有效值数字多用表和双通道趋势绘图集成为一台紧凑、电池供电的仪器。你可以把其他所有的工具丢到一边，只有一台123就可以解决你所有的问题。

 

双通道同时显示数字表读数和波形

 

令你的工作更具有信心

　　如果你的工作时间紧迫，工作空间又很窄或难以接近，你将不得不将精力集中在测试对象而不是测试仪本身。这正是工业示波表123具有即触即测自动触发功能的原因所在。你不必再为触发功能的原因所在。你不必再为触发和仪器设置而烦恼，所有信息均在屏幕上并自动完成你所需要的工作。

 

开机并打开测量菜单，选择26种示波和数表测量模式

 

一对测试线满足全部测量功能

　　高频信号示波，数字表，电容和电阻测量，通断检测所有工作均由一对屏蔽导线完成，不必浪费查找或更换导线的时间。

 

利用示波表123检查马达的启动电容器

 

电池供电更具灵活性

　　5小时电池操作，使你不需要外接电源真正实现移动作业。手持式仅1.2kg，便于携带尽可玩于股掌之中。坚固和抗跌落设计确保在恶劣的工业环境下操作可靠、寿命长。

安全认证

　　工业万用示波表123及其屏蔽测试导线均满足600V三类工业电力系统安全性认证。通过光电隔离RS-232接口可以安全地与打印机连接打印输出结果或与PC连接利用Fluke View软件进行分析和文档处理。

 

工用万用示表123和190系列的功能

“即触即测”自动触发实现快速、稳定的波形显示

　　只有示波器用户才知道触发问题是多么困难。错误的设置常常导致不稳定的甚至错误的结果。福禄克独一无二的“即触即测”技术可以分辨信号类型并自动设置正确的触发条件。无需任何按键即可提供稳定、可靠和可重复的波形。包括马达驱动和控制信号在内的所有复杂信号都暴露无遗。信号的改变可以被迅速识别，同时调整设置以再次获得稳定的波形。和普通示波器的自动设置和自动量程不同，对于边疆性多点测量你可以极大受益于123的快速性和方便性。

 

即触即测捕获即使最复杂的马达驱动信号

 

Fluke View?应用于文件管理，存档和分析

　　Fluke View?软件在Windows环境下帮你获得仪器之外的更多功能：

• 文件处理——传输波形、屏幕、测量数据至PC机打印或将数据输入自己设计的报告。
• 存档——建立自己的波形数据库，并加以自己的注释便于日后进行比较和参考。
• 分析——利用光标进行频谱分析或将数据传至其他分析程序。

 

　　工业万用示波表123可以通过光电隔离RS-232接口与PC相连接。软件和连接电缆可以作为单独的选件也可以包括在测试仪内作为成套工具。该工具还包括一个保护性的硬携箱，便于安全方便地存贮仪器和附件。

 

使用趋势绘图（Trend PlotTM）快速查找间歇故障

　　最为棘手的问题是查找那些一段时间只发生一次的故障——间歇故障。它们可能是由于接触不良、灰尘、污染、腐蚀或连线与节点断开等原因引起的。还有别的原因，象供电中断或骤降，马达启动和停同也可能导致设备故障。你可能无法看到它们——但Fluke123却能看见。在仪器的无纸记录模式下，你可以对最大、最小峰值和平均值进行长达16天的连续记录。可在两个通道任意选择电压、电流、温度、频率和相位进行趋势绘图，并带有时间和日期标志，从而帮助你迅速找到故障原因。

 

190系列的光标读数和图象放大（200m）
功能更好地帮你分析捕获的趋势图

万用示波表190系列示波测量尽在掌握

　　万用示波表190系列具有在高档台式示波器才能发现的技术指标。它们可以提供200MHz带宽，2.5GS/s实时采样率以及先进的记忆和触发功能。同时具有坚固、紧凑、电池供电等特点。

多种带宽可选

　　万用示波表190系列提供高达200MHz带宽输入用以捕获当今最新电子技术的高频信息。对于较低要求的应用，也可以选择100MHz和60MHz的型号。你可以享受同样先进的功能，而不必为多余的带宽支出额外的费用。

真正观察所有细节

　　利用2.5GS/s的最大实时采样率和400ps的分辨率，你可以真正看到所发生的情况。两个通道具有独立的数字转换器，可以在最大分辨率和清晰度下同时获得两个波形并进行分析。如果一个异常在屏幕上闪过，只需按一个“Replay”键就可以再次看它。

 

高采样率提供信号详细分析所要求的分辨率

 

深存储进行高分辨率示波记录

　　每个通道可以存贮27,500点，可以进行长达30个小时的高分辨率事件记录，或静态捕获低于50ns的快速间歇和毛刺。连续滚动模式也可存贮象运动曲线，UPS，供电和马达启动等事件。100X图象放大技术可以使你看到最细微的细节。双通道27,500点记录也可以存储下来进行后续的分析。

先进的触发模式

　　灵活地选择自动和手动触发模式以捕获你所遇到的任意信号。即触即测功能可以快速和方便地进行多点测试。手动模式包括延时，视频和脉宽触发。一个完全隔离的外部触发通道对两个输入信号进行同步以进行它们之间时间关系的故障检查。

 

脉宽触发易于查找错过的异常脉冲

 

强大的分析功能

　　为了对波形示波记录和趋势绘图进行分析，万用示波表190系列具有24个自动测量，光标读数，图象放大和实时钟等特点。分析可以直接在现场进行，也可以回到办公室再作。两个记录和10个波形屏幕可以存贮下来进行打印或下载至计算机。

 

利用27,500点的示波记录存贮和图象放大技术可以最大程度地观察细节。

 

从mV到kV量程更宽

　　万用示波表190系列具有3个独立的浮地隔离通道，每个通道都满足二类1000V和三类600V安全认证。标准探头履盖了从mV到kV的宽广应用，使190示波表成为从微电子到电力的理想测试工具。

　　多功能测试工具

　　和工业万用示波表123一样，190系列也集示波器，万用表，无纸记录仪于一身。可充电的镍氢电池可以提供连续小时操作。充电时间仅需4小时。节电和自动关机功能甚至可以轻松进行一整天的工作。

自动捕获和重视100个屏幕

　　示波器用户知道观察一个单次异常事件是多么棘手。事件在屏幕上一闪而过，无法再次捕捉。现在利用福禄克190系列万用示波表，你可以及时按下“Replay”键，从面追踪先前发生的事件。在通常的情况下，仪器连续记录最新的100个屏幕。每当一个新的屏幕被捕获时，最老的屏幕被自动刷新。你可以在任意时刻，冻结最新的100个屏幕通过滚动一屏一屏地观察或作为一个动态的图形连续重放。也可以利用光标读数进行进一步的分析。利用先进的触发能力可以捕获多达100个特定的事件。双通道，各100个屏幕捕获并带有独立的时间标记可以存储，重视或下载至PC。

 

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用MSO测试和调试混合信号系统设计

嵌入式系统中，MCU和DSP的应用非常普遍，模拟信号和各种数字信号同时存在。传统上，工程师分别使用示波器和逻辑分析仪来进行测试和验证。但由于混合信号的复杂性，要实现对各种信号的同步触发非常困难。随着一种被称为混合信号示波器(MSO)的出现，工程师们发现嵌入式设计调试容易了很多。

        MSO是一种把数字存储示波器(DSO)的所有测量能力与逻辑分析仪的某些测量能力整合到一起的混合测试仪器，并且让示波器和逻辑分析仪共享触发电路，以便让它们能同时触发，波形被同时显示和刷新。有了MSO，就能在同一显示器上看到如图1所示的在时间上对齐的多个模拟和数字波形，而且示波器通道和逻辑通道间的时延几乎可以忽略不计(<=30ps)。

 

图1：安捷伦6000系列混合信号示波器。

        MSO 通常缺乏专用逻辑分析仪的复杂分析能力(如反汇编等)和大量的逻辑通道数；MSO的相对简单性也使得它们避免了专用逻辑分析仪的复杂操作。事实上，MSO 的主要优点之一正是它的使用模型。MSO的使用几乎和使用示波器没有任何区别，由于MSO 是高度集成的，它的使用要比使用两台独立的仪器方案容易得多。好的 MSO 应具备友好的用户界面，能提供快的波形更新率，仪器操作很像示波器而不是像逻辑分析仪。

嵌入式“chirp”设计

        图2 是Solutions Cubed 公司为一项嵌入式工业应用所开发的嵌入式“chirp”产品的方框图。该混合信号嵌入式产品的核心是Microchip PIC18F452-I/PT微控制器，它执行内部16位的指令集。由于这种特殊的 MCU 有内部总线结构并包括嵌入式ADC，因此该混合信号器件及相应的外围电路是最适合利用MSO来进行设计和调试的对象。尽管了解这项特殊设计不一定与读者的特定设计应用有非常密切的联系，但我们仍将通过全面讲述该系统的工作，使读者了解MSO 如何用于这种类型的混合信号测量应用。

        这项设计的最终目标是依据各种模拟、数字和串行 I/O 输入条件，产生各种长度、形状和幅度的“chirp”信号(该信号是包括特定周期数的RF脉冲模拟信号，在宇航∕国防和汽车应用中经常见到)。该MCU 同时检测如下三种模拟和数字输入，以确定需产生的输出chirp信号的模拟特性：

 

图2：依据模拟、数字和串行 I/O产生模拟“chirp”输出的混合信号嵌入式设计。

1. 利用 MCU 并行数字 I/O 端口之一来监测用户控制面板的状态，从而确定所产生的输出chirp信号的形状(正弦波、三角波或方波)。
   
2. 通过 MCU 上的一个 ADC的输入来监测加速度模拟输入传感器的输出电平，来确定所产生输出chirp信号的幅度。
   
3. 使用 MCU 上的专用 I²C 串行 I/O 端口，来监测串行 I²C 通信链路的状态，从而确定输出chirp信号中产生的脉冲数。这一 I²C通信输入信号从该嵌入式设计的另一智能子系统部件中产生。

        根据模拟、数字和串行这三个输入状态， MCU 向外部 8位 DAC连续输出并行信号，以产生各种幅度、形状和长度的模拟chirp信号。未经滤波的DAC输出阶梯信号，被送入一个模拟低通滤波器，在这里对信号进行平滑滤波并降低噪声。这一模拟滤波器也为该输出信号引入预先确定的相移量。最后，MCU 通过另外的数字 I/O 端口产生并行数字输出，来驱动显示系统状态信息的 LCD 显示器。

 

用 MSO 启用和调试嵌入式“chirp”设计

 

图3：MSO 捕获由 MCU 控制的 DAC的并行数字输入和模拟输出。

        在这项应用设计中，设计∕编程 MCU 的第一步是为 MCU 的 I/O配置适当数量的模拟和数字I/O 端口。您要折衷平衡配置MicroChip公司的这种特殊微控制器中的模拟 I/O 端口和数字 I/O 端口的数量。

        在尝试编码 MCU来监测各种输入和产生规定的最终要求的输出信号之前，我们决定首先产生启用该嵌入式设计某一部分∕某项功能的测试代码，在增加交互式的复杂性之前，先验证它的正确工作和信号完整性。所启用和调试的第一部分电路∕功能是外部的输出 DAC和模拟滤波器。为验证该电路和内部固件的工作是否正确，我们最初对MCU 编码，使其产生固定幅度的连续和重复的正弦波，而不考虑输入控制∕状态信号条件。

        图3 所示为MSO的屏幕图像，即用来捕获驱动外部 DAC 数字输入的该MCU数字 I/O端口的连续数字输出(下方的蓝色迹线)。此外我们还能看到在时间上对准的转换器阶梯波输出(上方的黄色迹线)和经模拟滤波的输出信号(中间的绿色迹线)。这些特定信号的输出电平较低，仅为 8位DAC(最大256级)的 4位 (16级电平)，我们能容易地在示波器上观察该转换器的未经滤波的阶梯波输出特性。 

 

图4：利用模拟和数字码型触发相结合，MSO在 50%交叉点触发。

        当DAC输出到达其最高输出电平(屏幕中央)时，我们把这一特定采集设置到触发状态。传统示波器在这种指定点的触发是不可能的，因为示波器触发需要沿的跳变 —— 示波器不能在具有一定范围的信号的“波顶”触发。为在输出信号的这一点∕相位处触发，我们设置了简单的单电平码型触发条件，该条件基于DAC的(MCU I/O 端口的输出)数字输入信号，而该信号与外部转换器最高输出模拟电平相一致。为在波形的某一精确点触发，我们送入“HHHL LHHL”的并行二进制码型进行触发。由于该 MSO 使用“有资格的”码型触发，示波器始终在规定码型的开始处触发，而绝不会在不稳定∕跳变处触发，因为示波器要求该逻辑电平至少稳定2ns，然后只有在送入稳定的码型时才会触发。注意对于某些混合信号测量解决方案∕选件，只要存在规定的码型触发条件时就能触发。这意味着它们有可能在码型的中间态，或在跳变∕切换状态进行触发。没有“有资格的”码型触发，其结果将会是不稳定的触发。

        图4 显示 MSO在DAC的 50% 输出电平处提供精确触发的一次触发建立情形。实现这样的触发，除了模拟触发条件外，我们还利用触发在并行数字输入信号上的触发码型。应记住并非所有 MSO∕混合信号测量解决方案都允许模拟和数字触发条件组合的混合信号触发。但对于相同电平(50%上升电平和 50% 下降电平)的两个模拟输出条件，与上升或下降点一致的触发要求的触发电平比8位输入码型中略大一点。通过另外限定模拟通道 2 上的电平到“低”电平，示波器就能使用模拟和数字码型触发的组合，在所需要的相位上触发(模拟信号在高于模拟触发电平时被视为“高电平”，在低于触发电平时被视为“低电平”)。

        图4 中也显示了自动参数测量，包括与DAC 阶梯波输出相关的、经滤波后的输出信号的幅度、频率和相移。

 

图5：传统示波器的边沿触发无法同步特定长度的chirp。

        在启动和验证了外部 DAC 和模拟滤波电路正确运行后，该设计∕启动过程的下一步是根据串行 I²C 输入产生规定数量的非重复正弦波脉冲(chirp)。图 5 显示使用标准的示波器沿触发，所得到的不同长度chirp的重叠(无限余辉)。传统示波器的沿触发不可能实现对规定长度chirp的触发。

        使用 MSO 的 I²C 触发能力，示波器就能同步特定串行输入条件下的捕获，用来指示 MCU 产生规定长度(脉冲数)的输出chirp，如图 6 和图 7 所示。

        图6 显示了MSO利用在特定的串行地址和数据内容上的I²C 触发来触发只有 3 个周期长的chirp信号的能力。而图 7则显示对长度仅有 1 周期的chirp的触发能力。数据通道 D14 和 D15(上方的两条蓝色数字迹线)分别被定义为 I²C 时钟和数据输入触发信号。实际上我们能规定16个数字通道中的任何一个以及2到4个模拟示波器通道连续触发在这2 个串行输入信号上。在监测串行输入和模拟输出信号时，D0-D7 被设置来检测DAC 输入(MCU 输出)信号(下方的 8 条蓝色迹线和读数字迹线)，如图 6 和图 7 所示。 (armtt6)

        虽然图中没有显示，但我们可以根据用来确定输出信号幅度的输入模拟加速度传感器的其它模拟输入信号，把示波器的其它模拟通道设置到同步探测、采集并触发 MSO。此外，我们还能利用未使用的 MSO 数字通道，用以监测和∕或进一步实现对数控面板输入或 LCD 输出驱动器信号的高质量触发。

 

图6：用 MSO 中的 I²C 触发一个 3 周期长的chirp信号。图7：用 MSO 中的 I²C 触发仅有 1 周期长的chirp信号。

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用混合信号示波器调试分析混合/模拟和数字信号无线局域网

今天的许多设计都包括微处理器和数字信号处理器( DSP)，既包含模拟信号也包含数字信号。调试混合信号设计往往会在验证系统模拟成分的同时涉及与此相关的重要握手动作。设计中的数字信号可能非常快，而模拟信号则要慢的多。用常规双通道或四通道数字式示波器( DSO)观察和分析嵌入微控制器或DSP设计的多个相关信号也许相当困难，甚至完全不可能。增长着的复杂性、更快的时钟速率和边沿速度要求示波器有更多的通道和更高的带宽。

 

 

        此外，如果您要以高分辨率同时观察和分析快数字信号和较慢的模拟信号，就需要用具有深存储器的示波器。您可用深存储器捕获较长的时间段，但除非测量设备响应迅速，否则很难找到您所关注的信号部分。今天的许多设计包含调制信号和长的串行数据流，重要的是要能迅速和容易地找到所关注的区域。容易的触发对复杂设计有重要的意义。

        从1996年Agilent公司首次推出混合信号示波器( MSO)起，微处理器和DSP嵌入系统设计师就用这种仪器解决问题和调试设计。Agilent预见到今天混合信号设计复杂性和速度的飙升，设计了新的和改进的MSO。这些MSO有多达20个模拟和数字通道、高达1GHz的带宽、改进的数字定时性能和可用性、以及记录长度达16MB的MegaZoom深存储器。

调试32bit混合信号应用

 

        MSO实现了用单台仪器同时观察您系统设计中较低频率的模拟信号和与其相关的较高速度的数字成分。这种能力使MSO成为关键的调试工具。有许多应用领域可使用MSO，包括实时模拟信号与数字控制信号的时间相关，以及数字系统中分析高速信号的模拟特性。不管是哪方面的应用，您都能用MSO更容易地分析和调试混合模拟和数字设计。

        为说明MSO作为调试工具的价值，这篇应用指南为您介绍用Agilent Infiniium 54832D MSO调试混合/模拟和数字32 bit无线局域网(LAN)应用的例子，当然，这仅是MSO作为理想工具的许多可能应用中的一个例子。

调试32 bit无线局域网(LAN)应用

        作为混合信号应用的例子，我们将研究如图1所示的802.11a无线局域网接入点。通常该系统的数据来自无线笔记本电脑，把信号解调至基带，然后将信号转换成有线信号，并送入LAN。

        这一设计的二个主要部分通过 PCMCIA接口通信。接入点天线有一个 RF处理器，它解调传输信号，并将其送至基带处理器。基带处理器解码 OFDM（正交频域调制）信号，把数据发送至嵌入系统，然后再将数据输出到LAN。该混合信号系统包括带有100MHz SDRAM的32 bit POWER PC嵌入式处理器和LAN控制器总线，该总线与处理器通信，并将数据发送到网络。

        接入点是一种很小的设备，包括叠放在一起的2块电路板。图2是电路板未插入时的样子。整个系统是双向的，但在这一例子中我们只查看从计算机至网络的传输。

        这一应用例子是经典的混合信号系统。这里有模拟、数字、嵌入处理器及DSP元件，要能够很快同时观察到这些混合信号，MSO无疑是理想的工具。

 

1、同时观察模拟和数字信号

        图3示出MSO探头与接入点电路板上模拟和数字信号的连接。作为演示，我们将接入点接到 LAN，然后用安装的无线局域网卡将信息发送到笔记本电脑。我们执行笔记本电脑Web浏览器的更新命令，然后在MSO上捕获所产生的信息包。

        要用MSO模拟通道测量的信号是基带处理器输出、以太网信号输出，以及快SDRAM总线的一个数据位。本例中， SDRAM的边沿速度达到1ns。这样高的边沿速度需要用1GHz系统带宽的示波器精确测量和显示信号。MSO数字通道测量的信号包括在PowerPC和LAN控制器间运行的全双工4-bit总线一个方向上的信号和时钟信号。

        该MSO共有16个数字通道，但我们在这一应用中仅选择观察5个数字通道。图4示出采集到上述接入点发送的一个信息包。在MSO的3个模拟通道上采集基带、以太网和SDRAM信号，在数字通道上采集的LAN控制器总线信号。模拟信号和数字信号间的迹线是多根数字信号的总线显示形式。您还可在MSO显示器底部看到基带信号的2 Mpt FFT计算结果。所有这些信号都是由一台仪器在一一次采集中获得，并在同一屏幕上显示。

        图4 MSO使您能在一台仪器上看到所有时间相关的模拟、数字和谱信息。找到能捕获和分析一次采集所有数据的调试方法会使大多数工程师感到头痛。通常您必须把被测设备置于同样的状态，以测量所有的信号。然后需要移动探头、进行多次触发、在显示上保存波形，再寻找能使所有这些动作相关的方法。

 

        您能用MSO同时捕获、显示和测量所有这些信息。它易于使用，具备DSO的所有功能，并且增加了数字通道和触发能力。由于能使您一次看到更多的通道和更长的时间，因而能简化调试过程。MSO可取代今天的DSO，正如您在图4的屏幕图上所见，MSO是方便、有效分析混合信号应用的优秀工具。

2、隔离出正确的信息

        在这一例子中，传输信号中可能会有包错误，因而您可能需要隔离一个数据包，以查看系统内所产生的互动。所接的以太网线为同步突发，它标志向LAN传输的开始。LAN控制器的数据线上保持5ms持续时间的1010码型，在每个10 Mbit LAN包开始时产生这一同步突发。为隔离这一条件，我们把MSO设置为在5ms持续时间的1010码型上触发。图5显示MSO数字通道D1至D4上的1010码型，D0用于时钟。

 

        由于54832D MSO有16个数字定时通道和4个模拟通道，您可用数字通道进行持续时间码型触发，例如在本案例数据包开始这样的条件下触发。事实上可以跨所有20个MSO通道触发。您可迅速和容易地用触发设置对话框设置数字通道，如图6所示。

        由于有这些额外的数字通道，因而您可把4个模拟通道用于分析和测量所关注的其它系统信号。而在普通的4通道DSO中，您只能用4个通道产生触发，这样就没有多余的通道观察其它信号。

        图5 使用MSO的16个数字通道触发。MSO设置为在5ms持续时间的1010码型上触发。使用普通的4通道DSO，则4个通道只能用于产生触发，而没有留给调试的通道。

 

        图6 易于使用的对话框能进行快速的触发设置，触发可扩展到所有20个通道。MSO的数字通道连接探头前端及附件与Agilent 16700逻辑分析仪兼容。

        尽管本例中没有示出，您仍能根据4个数字比特的状态设置触发条件。也可在触发条件中包括时钟线和模拟信号，以缩小问题的范围。使用Infiniium 54830D系列MSO，您可在20通道宽度在码型上触发。这是常规DSO不可能实现的。MSO为您调试混合信号系统提供了额外的触发和观察能力。

3、用总线模式提高可视性和洞察能力

        图5中，以太网信号特性从显示右边改变了大约1.5格。这里是同步突发终止和真数据包开始的地方。为便于识别数据包的开始或任何其它关注条件，您可在总线模式配置下显示数字通道，以容易地识别数字码型。图7显示描述8个数字通道的总线。屏幕示出以16进制表示，并与系统中以太网信号相关的总线数据。在本例中，1010数字码型作为16进制A被识别，使您能更快和更容易地识别搜索条件。

 

        您可以显示一或二条8bit的总线，每一条总线可以有2至16个相应通道。您也可分别显示任何给定的数字通道，不管它是否已经是一条或两条总线中的通道。16个数字定时通道不仅增加了触发能力，而且能通过这种易于使用的总线模式更深入地观察设计内部正在发生的情况。

        如果用原先的调试解决方案，建立触发和信号的相关是费时和困难的。您需要用几台仪器设置触发，并找到确定仪器间时间相关的方法。MSO方便了触发和信号的相关。许多设计师都乐于用MSO调试他们的混合信号设计，因为它具有象总线模式这样的观察能力和跨20个通道的触发能力。

4、捕获长时间周期

        为什么深存储器对于调试混合信号非常重要？因为它能使您实现长捕获时间和高分辨率。本例中由于信号速度范围的要求，您需要用深存储器以高分辨率捕获长时间周期。如果没有深存储器，您能够实现长时间周期或高分辨率，但二者不能兼而有之。示波器的采样率会随着减慢时基或扫描速度而改变。在减慢扫描速度时，示波器必须降低采样率，以捕获足够时间来填满整个显示。保持尽可能高的采样率是关键，因为它能为您保证在高分辨率下捕获信号，并消除混叠和测量错误。

 

        图7数字信号可按总线编给,并观察作为16进制值的每一跳变.

        在您调试混合系统时，往往并不确切知道问题是什么，因而不能设置示波器对其触发。您必须在某些更基本的事件，如跳变沿上触发，然后观察捕获的数据，以找到问题。这通常需要捕获长的时间范围，然后在显示器上缩放，因此长时间捕获和高分辨率是关键要求。也许最常见的情况是需要建立通常为数字信号的高速信号与较慢信号的相关关系。为了能在一次采集中正确测量这二种信号，您需要足够长的时间跨度显示出较慢信号的一个或多个完整的周期，您也需要有足够高的采样分辨率显示出快信号的所有细节。深存储器是提供这一能力的关键器件。pace="12" WIDTH="221" HEIGHT="166" BORDER="0" Title="图9屏幕显示与图8相同的采集,但放大了200,000倍!">

        在本例中，您可用大约500祍时间采集到完整的数据包。在每格200祍的扫描速度下，需要用最小4 Mbyte的存储器观察采样率设置为2GSa/s的信息包。也就是需要用4 Mbyte的存储器捕获最基本的交易。如果存在任何错误或其它复杂交易，就需要有更多的存储器。

        图8和图9示出深存储器在这一应用中的重要性。图8示出对较快SDRAM信号和较慢基带信号的采集。如果您观察图9中紫色迹线上的快SDRAM信号，您将看到放大200,000倍的同一采集。注意上升时间约为1.5ns，时间标度是2ns/格。在这项测量中，示波器停止运行，在原采集上进行分析。如果没有支持高采样率的深存储器，就几乎不可能有足够数据支持如此高的放大量。

        MSO的MegaZoom深存储器自动调整存储器深度，因而在您改变时间/格时，示波器总是以可用的最高采样率和存储器深度进行采样。此外，MSO具有每通道2Mbyte深存储器的标准配置，因而能在一次采集捕获慢信号的同时，仍能看到快信号的细节。MSO自动保持基于最大存储器深度的采样率，因而您能看到最大的图景，然后放大细节，而不需要第二次触发。

        传统上深存储器示波器波形更新率很慢，而且对用户输入响应迟钝。但这并不适用于MegaZoom深存储器。即使带有达16Mbyte的最深记录，MegaZoom深存储器也能立即响应您的改变。定制的体系结构实现了立即响应，它把数据捕获到采集存储器，在硬件中迅速进行数据的后处理，以用于显示和测量。这一体系结构使它能提供您要求的波形更新率和前面板响应，也使您的工作更轻松。

        为了进行精确的1.5ns测量，您需要一个高保真有源探头，例如Agilent 1156A。1156A探头有非常低的输入电容和适合的阻尼附件，能实现令人满意的高保真测量。

        图8您能用MSO观察混合信号.MegaZoom深存储器使您能捕获慢信号,然后对细节放大,而不需要第2次触发.

        图9屏幕显示与图8相同的采集,但放大了200,000倍!MegaZoom深存储器支持高采样率,因而您可以通过放大看到信号细节,实现精确的测量.

5、频域测量和分析

        观察图10中的基带信号，查看在SDRAM总线0 bit附近的时间情况。由于它来自无线信号，因此在频域观察也是很有意义的。您可用MSO进行FFT测量，就像用DSO一样。

        图11示出基带信号的快速傅里叶变换。MSO对屏幕上的所有数据进行快速傅里叶变换。您可缩放所关注频率成分的时间记录部分。这也使比较时域信号不同区域谱成分变得容易。在本例中，大部分能量位于FFT的最左格。您可以看到能量如何跨越相当宽的频率范围。

        图10 由于基带信号来自无线信号，因此通过执行FFT在频域观察也是很有意义的。

        图11 基带信号的FFT。大部分能量位于FFT的最左格

        图12示出了基带传输的开始。在FFT的第一水平格中，一些分立的谱线取代了宽而较为一致的频率成分分布。这些谱线说明基带数据包的开始有与有线边同样的同步周期。但在频域更容易看到这些情况。

        图12中的FFT上有一些噪声尖峰。这些尖峰可能由系统中未注意的耦合造成。在这一接入点中的有线边有高功率的线路驱动器，它非常接近无线边的灵敏RF接收器，这可能会引发耦合问题。

6、时间相关的模拟、数字和谱信息

        使用MSO的数字通道能帮助您更深入了解耦合的可能性。图13示出数字总线，时间延迟后移到非常接近于初始触发点。在这一应用的实时显示和调试中，前后移动水平延迟线，显示FFT测量上的噪声尖峰变化，和总线模式十六进制表示的LAN信号上的数据的关系。

        分析工作的下一步将是确定数据序列和FFT显示上的最高噪声级的相关关系，并进一步分析这一条件。例如您可以改变PowerPC程序，重复发送对噪声尖峰有贡献的数据序列。然后用频谱分析功能更仔细查看FFT，以确定耦合的产生原因。

        图12 再回到基带传输的开始，我们在FFT上看到噪声尖峰。有些噪声尖峰很像由系统中未注意的耦合造成。

        图13 使用MSO的数字通道能帮助您更深入了解耦合的可能性。前后移动水平延迟线，显示FFT测量上的噪声尖峰变化，其幅度决定于总线模式时以十六进制数表示的LAN信号上的数据。

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用数字荧光示波器对开关电源功率损耗进行精确分析

随着电子产品对开关电源需求不断增长，下一代开关电源的功率损耗测量分析也越来越重要。本文介绍如何将数字荧光示波器和功率测量软件结合起来，迅速测定开关电源的功率损耗，并轻松地完成各项所需的测量和分析任务。

        高速GHz级处理器需要新型开关电源(SMPS)提供高电流和低电压，这给电源设计人员在效率、功率密度、可靠性和成本等方面增加了新的压力。为了在设计中考虑这些需求，设计人员纷纷采用同步整流技术、有源功率滤波校正和提高开关频率等新型体系结构，但这些技术也随之带来了一些新的难题，如开关上较高的功率损耗、热耗散和过度的EMI/EMC等。

        从“关”(导通)至“开”(关断)状态转换期间，电源会出现较高的功率损耗；而处于“开”或“关”状态之中开关功率损耗则较少，因为通过电源的电流或电源上的电压很小。电感器和变压器可隔离输出电压并平滑负载电流，但电感器和变压器也易受开关频率的影响，从而导致功率耗散和偶尔由于饱和而造成故障。

功率损耗分析

        由于开关电源内部消耗的功率决定了电源热效应的总体效率，所以测定开关装置和电感器/变压器的功率损耗是一项极为重要的测量工作，它可测定功率效率和热耗散。

设计人员在精确测量和分析各种设备的瞬时功率损耗时，会面临下面一些困难：

• 需要测试装置对功率损耗进行精确测量
  
• 如何校正电压和电流探头传导延迟所造成的误差
  
• 如何计算非周期性开关变化的功率损耗
  
• 如何分析负载动态变化期间的功率损耗
  
• 如何计算电感器或变压器的磁芯损耗

测试装置

        图1为开关变换简化电路图，MOSFET场效应功率晶体管在40kHz时钟激励下控制着电流。图中的MOSFET没有与AC馈电线接地或电路输出接地的连接，即与地隔离，因此无法用示波器进行简单的接地参考电压测量。因为若把探头的接地导线连接在 MOSFET任何端子上，都会使该点通过示波器与地短路。

        在这种情况下，差分测量是测量MOSFET电压波形的最好方法。通过差分测量，可测定VDS即MOSFET漏极和源极的电压。VDS可在电压之上浮动，电压范围为几十伏至几百伏，这取决于电源的电压范围。可通过下面几种方法测量VDS：

1. 悬浮示波器的机箱地线。建议不要使用，因为这样不安全，对用户、被测设备和示波器都有危险。
   
2. 使用两个常规单端无源探头，将其接地导线连接在一起，然后用示波器的通道计算功能进行测量。这种测量法叫做准差分测量，虽然无源探头可与示波器的放大器结合使用，但缺少避免共模电压“共模抑制比”(CMRR)功能。这种设置不能准确测量电压，不过可使用已有的探头，不必购买新配件。
   
3. 购买一个探头隔离器隔离示波器机箱接地。探头接地导线将不再为接地电位，并可将探头与测试点直接连接。探头隔离器是一种有效的解决方案，但比较昂贵，其成本是差分探头的二至五倍。
   
4. 在宽带示波器上使用真正的差分探头。可通过差分探头精确地测量VDS，这也是最好的方法。

        通过MOSFET进行电流测量时，先将电流探头夹好，然后微调测量系统，许多差分探头都装有内置的直流偏移微调电容器。关闭被测设备，待示波器和探头完全预热后，可设定示波器测量电压和电流波形的平均值。敏感度设置应使用实际测量所用的数值，在没有信号的情况下，调整微调电容器，将每个波形的零位平均值调至0V。这一步骤可最大限度减少因测量系统内的静态电压和电流而导致的测量误差。

校正传导延迟误差

        在开关电源内进行功率损耗测量之前，应先同步电压和电流信号，以消除传导延迟，这一点很重要，该过程称作“偏移校正”。传统方法是先计算电压和电流信号之间的时滞，然后再以手动方式通过示波器的偏移校正范围调整时滞。但这是一个非常冗长乏味的过程。

        一个较简单的方法是采用一种偏移校正夹具并选择合适的示波器，如TDS5000系列示波器。进行偏移校正时，将差分电压探头和电流探头连接到偏移校正夹具的测试点上，偏移校正夹具由示波器的Auxiliary输出或Cal-out信号激励，如果需要还可用外部信号源激励偏移校正夹具。

        另外在示波器上还可使用相应的测量软件，利用其偏移校正能力自动设置示波器并计算由于探接造成的传导延迟。偏移校正功能随后可使用示波器偏移校正范围，对时滞进行自动补偿，测试设置准备好后就可开始进行精确测量了。图2显示了偏移校正之前和之后的电流和电压信号。

非周期性开关信号功率损耗

        如果发射极或漏极有接地，测量动态开关参数则较为简单，但需在浮动电压上测量差动电压。若要精确测定并测量差动开关信号，最好使用差分探头，可通过霍尔效应电流探头查看穿过开关的电流而无需干扰电路本身，此时也可用测量软件的自动偏移校正功能去除上述传导延迟。

        测量软件的“开关损耗”功能可自动计算功率波形，并根据采集的数据测量开关的最小、最大和平均功率损耗，在分析开关功耗时，这些数据非常有用。如图3所示，数据显示为Turn on Loss、Turn off Loss和Power Loss。如果知道了接通和断开时的功率损耗，便可着手解决电压和电流跃迁，以减少功耗。

        在负载变化期间，SMPS的控制回路将变换开关频率以驱动输出负载。请注意，当负载转换时，开关装置的功耗也随之变化，所产生的功率波形将是非周期性的。分析非周期性功率波形是一件很枯燥的任务，不过测量软件的高级测量功能可自动计算最小功率损耗、最大功率损耗和平均功率损耗，为用户提供开关电源的相关信息。

负载动态变化功耗分析

        在实际运行环境中，电源装置会连续发生动态负载变化，所以测量中很重要的一步是要捕获整个负载变化事件，并对开关损耗进行测定，以确保电源装置不会因这些原因而过载。

        当今大部分设计人员都采用具有深度存储(2MB)和高取样率的示波器，按要求的分辨率捕获事件。但随之而生的难题，是如何分析在各开关损耗点上所生成的大量数据，这时也可利用测量软件加以解决，图4是在开关电源上通过测量软件获得的典型功率波形结果。  

        在图中可以看到捕获数据中的开关事件次数和开关损耗最大值/最小值，此时用户可输入感兴趣的范围，以此查看所需的开关损耗点。只需在范围内选择感兴趣的点，软件便可在深度存储数据内查找该点，找到后在光标位置周围放大，以详细观察其活动。该功能加上前面提及的开关损耗测量功能可使用户迅速有效地分析开关装置的功率耗散情况。

电磁元件的功率损耗

        另一种减少功率损耗的方法与磁芯有关。从典型AC/DC和DC/DC线路图来看，电感器和变压器是耗散功率的其它组件，不仅会影响功率效率，而且可造成热耗散。

        电感器的测试通常采用 LCR计，它使用正弦波作为测试信号。但在开关电源里，电感器加载的是高压高电流开关信号，都不是正弦信号，因此电源设计人员需监测实际通电的电感器或变压器特性，此时用LCR计进行的测试可能无法反映实际情况。

        观察磁芯特征最有效方法是通过B-H曲线，因为B-H曲线能迅速揭示电源内电感器的特性。在电源接通和稳态期间，电感器和变压器表现出不同的行为特征。在过去，若想查看和分析B-H特征，设计人员须先捕获信号，然后在个人电脑上作进一步的分析，而现在可通过测量软件直接在示波器上进行B-H分析，即时观察电感器行为特征。在做深入分析时，该软件还可在示波器上提供B-H图和捕获数据间的光标链接(图5)。

        B-H分析能力还可在实际SMPS环境中自动测量功率损耗和电感器值。若需推导电感器或变压器的磁芯损耗，可在主磁芯及次磁芯上进行功率损耗测量，结果之差就是磁芯的功率损耗(磁芯损耗)。另外在无负载情况下，主磁芯功率损耗是次磁芯包括磁芯损耗在内的总功率损耗，这些测量值可进一步揭示功率耗散区的信息。

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无线频谱分析仪的选择

无线设备在工作时可能会出现周期性地挂起，干扰其他消费电子产品的工作（例如电台），或者无法完全发挥应有的功能，这些问题都会使消费者对它的技术水平和相应的产品供应商丧失信心。 
为了避免这种糟糕的情况，选择一种能够满足当今无线产品设计与调试需求的高性能频谱分析仪是至关重要的，这种频谱分析仪不仅要能够检验产品的真实性能，也要能够检测高度集成的无线发射器的功能。

无线技术的挑战

　　在过去几年中，用户所接触的产品功能越来越强大，其目的在于在移动电话这种单一设备中集成多种方便实用的技术，从而增强用户的多功能体验。新的高速数据技术，例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO，能够为用户提供更强大的功能，例如广播视频和高速E-mail等。而且，诸如卫星与地球视频广播、UWB和WLAN等技术也将集成到移动手持式设备之中。

　　这种多功能集成的趋势为设计者提出了两大严峻的挑战：处理快速变化的带宽分配需求，以及对高度集成的系统中发生的问题进行隔离。今天，大多数标准只需要在固定操作状态下进行无线发射器测试。但是，从本质上来看，高速数据服务的用户模型（例如高速上网、收发E-mail和周期性的下载等）所需的带宽是随需求而实时变化的。

　　如果信号的峰值功耗与平均功耗的比值变化较大，这种瞬时的带宽变化将会带来更大的挑战。当其他的无线技术引起瞬时的电池消耗，或者当带外发送的信号干扰了灵敏接收机的工作时，就会出现上述的问题。

　　假设某个用户希望通过移动电话通话，接通数据下载文件，利用UWB发送该文件到某个存储设备，同时通过连续视频服务观看世界杯，那么设计者如何确保这些功能都能够实现？要想完整地测试多功能集成的设备，设计者必须超越技术标准的局限，针对设备的实际工作与性能要求进行测试。

　　设计者所面临的另一个挑战就是：随着设备集成度的提高，检测无线发射器的问题变得越来越困难。要想在频域、时域和数字域中同时观察某个信号路径，可能需要多种测试仪器，因此要想把硬件和软件的问题隔离开就变得越来越困难。在多种仪器之间以及在整个信号路径上将信号事件之间的时间关系关联起来，这种测试功能已经成为调试现代无线设计所必不可少的一部分。

　　不论频谱分析仪、示波器和逻辑分析仪的存储容量有多少，它们存储事件的能力都是有限的。因此当我们需要在多个仪器之间关联某个信号事件的时候，必须在存储器存满之前，在该事件发生时实时地隔离出所关注的信号。否则，要想在多个域之间截取某个随时间变化的问题几乎是不可能的。

　　实现这一功能的关键在于事件的触发方式，以及以较低的延迟交叉触发其他仪器的能力。

传统工具的局限

　　对伪事件进行触发、跨测试环境捕捉事件数据、分析与时间相关的数据，这些功能都是查找先进无线设备问题根本来源的必要需求。随着过去几年的发展，频谱分析仪已经成为分析射频传输特性的主要工具，选择合适的工具能够加快无线设计者的开发速度，提高开发能力。

　　基站多载波放大器和其他一些高性能无线发射器能够利用扫频式调谐频谱分析仪的功能，对高动态范围内（high-dynamic-range）的信号进行测量。最近，人们推出了矢量信号分析仪，从而使用户能够针对调制信号分析发射器的性能特征。在某些情况下，这两类分析仪可以结合起来使用，用户利用一套仪器不但可以观察到高动态范围的信号（频谱分析），还可以观察到信号的调制状态（矢量分析）。但不幸的是，用户无法同时观察到这两种信号。

　　早期设计的测试工具中采用的多载波放大器（MCPA）效率较低，无法传输1xEV-DO和HSDPA这样的突发载波信号。这类老式的MCPA正在被采用最新线性化技术（例如数字预矫正）的新型MCPA器件所取代。由于采用了先进的DSP以及较高数据速率的D/A转换器，数字预矫正线性化技术能够大大提高功放的效率，降低实现所需的成本。

　　扫频式频谱分析仪或矢量信号分析仪能够根据技术标准验证MCPA的频谱和调制性能，但是它们无法超越技术标准的限制，解释实际条件下的器件特性。现代无线器件的实际操作要求高速数据通道要具有针对预期的用户使用模式的特性。

　　扫频式调谐频谱分析仪和矢量信号分析仪的架构都限制了它们检测瞬态事件的能力。捕捉频谱事件的概率取决于扫描的速度、量化范围以及对踪迹信息（trace information）的后续处理。扫频调谐式分析仪没有矢量存储器，通常只记录最小、最大和平均功耗。尽管矢量信号分析仪具有矢量踪迹存储器（vector trace memory），但是它后期捕捉信号处理的速度较慢，无法完成连续的信号分析任务。

　　因此，两种工具捕捉短暂瞬态事件的概率都远远小于10%。即使它们能够捕捉这种事件，信息处理带来的延迟也无法在真实的事件发生时有效触发发射器链路上的其他仪器。

实时频谱分析仪的新特性

　　显然，为了应对实际操作条件下的挑战，分析仪必须能够对频域事件进行触发，并交叉触发多个仪器。无线通信信号的突发特性，以及在无线设备中集成复杂的线性化技术都可能引起频谱紊乱，因此对这种事件的触发功能是极其重要的。

　　实时频谱分析仪的架构决定了它们具有执行实时FFT分析所需的计算速度，能够利用计算结果在频谱事件发生时进行触发，并以很高的置信度将它们捕捉到存储器中。在实时处理以及捕捉信号之前，实时频谱分析仪能够将时域采样的数据转换到频域上，从而在捕捉到存储器中或者触发某个外部事件之前，对信号频谱进行预先分析。因此，实时频谱分析仪能够预先查看信号，并可以设置为只对所关心的频谱事件进行触发。

　　基于DSP的设备在现代无线设备的信号控制和频谱整形中扮演着极为重要的角色，这类设备的测试需求给人们提出了巨大的测试挑战，因为它们将原来由硬件实现的功能（很容易利用仪器来表征）转换为软件来实现。当不与时钟采样同步的增益变换、信号滤波和校正因数被放大时，它们本身就表现为频谱紊乱（spectrum violations）（如图1所示）。这类事件可能会引起频谱发射的失效，或者接收器的干扰。

 

 

图1 实时频谱分析仪能够快速检测频谱紊乱（例如图中右边）

　　其中左边相信的频谱由于受基带瞬态事件的影响而增大了几个dB

　　进一步来看，频率屏蔽触发器（FMT）使得实时频谱分析仪能够检测并触发频谱中比最大信号电平小100万倍的信号。由于具有在12μs以内执行1024点FFT所需的计算速度，实时频谱分析仪能够以100％的概率完成事件捕捉，这是其他分析仪所望尘莫及的。

　　当出现紊乱时，FMT不仅能够触发内部存储器捕捉事件进行分析，而且能够同时发出一次事件触发给示波器，进而触发逻辑分析仪。然后，示波器和逻辑分析仪可以显示出待测设备的时域和逻辑信号的同步和时间关系。这样，我们就捕捉了完整的事件，并能够在实时频谱分析仪（频域）、示波器（时域）和逻辑分析仪（数字域）中进行各个域之间的交叉分析。这样，不论是硬件问题还是软件问题，测试人员都可以找出问题的根本来源，不必再胡乱猜测了。

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功能测试：基本概念与技术

尽管各种新技术层出不穷，如光学与X射线检查、基于飞针或针床的电性测试等，但功能测试依然是保证产品到最终应用环境立刻就能工作必不可少的手段。  

现代电子产品中内置自测(BIST)应用越来越多，这应该大力提倡，因为它可降低功能测试的成本，但也不能完全消除功能测试。如果应用的场合非常重要(如军事、航空、汽车、交通、医疗等领域)，或者最终产品的成本及复杂程度(如电信网络、发电站等)非常高，那么更需要保证产品自身以及与其它系统合在一起时工作正常，这时功能测试将是必须的。  

什么是功能测试  

功能测试涉及模拟、数字、存储器、RF和电源电路，通常要用不同的测试策略。测试包括大量实际重要功能通路及结构验证(确定没有硬件错误)，以弥补前面测试过程遗漏的部分。这需要将大量模拟/数字激励不断加到被测单元(UUT)上，同时监测同样多数量的模拟/数字响应，并完全控制其执行过程。  

功能测试可在产品制造生命周期不同阶段实施，首先是工程开发阶段，在系统生产验证前确认新产品功能；然后在生产中也是必须的，作为整个流程的一部分，通过昂贵的系统测试降低缺陷发现成本(遗漏成本)；最后，在发货付运阶段也是不可缺少的，它可以减少在应用现场维修的费用，保证功能正常而不会被送回来。如果你经常坐飞机，而且也知道现代飞机里装有多少电子设备，那么你一定会感谢这最后工作所作的一切。  

如上所述，功能测试是在最终系统测试或集成测试之前，可用于线路板或模块。如今高集成电子设备已将这些概念混淆，线路板和模块又都放在一个可更换模组中。虽然很多测试仪结构类似，但测试程序以及线路板和模块的运送过程却大不相同，而且测试地点也有很大影响，是在应用现场测试维修(前向测试)，还是在维修中心，或送回工厂是完全不同的。  

功能测试有多种形式，这些形式在成本、时间、效果和维护性方面各有优缺点，我们将其分为下面四种基本类型，分别分析其特性。  

1．模型测试系统  

2．测试台  

3．专用测试设备(STE)  

4．自动测试设备(ATE)  

模型测试系统  

从理论上说检验一个设备(线路板或模块)功能最简单的方法就是把它放在和真的环境一样的模型系统或子系统中，然后看它工作是否正常。如果正常，我们可以有很大把握认为它是好的，如果不正常，技术人员将进行检测希望找出失效的原因以指导维修。但实际上，这种插入上电方式有很多缺点而且很少有效，虽然它有时可作为其它测试方案的补充。  

首先，子系统的成本通常比传统测试平台要高，尤其是后者是通用设备可用于多种场合的时候。此外，模型环境下的子系统维护非常复杂、耗时且成本高。集中式维修中心很快就会被不断出现的模型子系统填满，而每个都需要特定的文件和培训、操作指导与维护。同时，仅仅将被测设备插在系统中还不够，还必须执行一系列正确的操作步骤以保证其工作正常，或检查它为什么不能正常工作。这些专门的测试步骤成本和复杂性都非常高，而且很耗时，在操作中还需要熟练的技术人员来执行。最后，即使进行了专门的改造，在系统上进行单元调试也很麻烦且不实际，操作流程控制上的局限性以及缺乏诊断工具很快使这种方法在经济上变得不可接受。  

测试台  

测试台是一个常规测试环境，包括与被测设备之间的激励/响应接口、专门测试规程规定的测试序列与控制。激励与响应通常由标准电源及实验仪器、专用开关、负载以及终端自定义电子设备(如数字激励)提供。在这里夹具是非常重要的一个部分，可提供到被测设备正确的信号路径和连通。在很多情况下，夹具基本上是针对每个应用而定制的，需要结合手工操作进行设置。测试过程和控制通常手动进行，有时靠PC协助，通过书面的协议或规程进行规定。测试台连接到具体的产品，优点是成本相对较低，设备比较简单，但在应对多种产品时灵活性较差，即使针对某一个产品当需要多个激励/响应时它也不够。测试台通常见于工程部门，因为那里有很多仪器可以很快组合起来，且手头也有相关资料，不用正规步骤。基本来讲，高性能产品测试台并不足以应对生产测试或发货阶段的测试。  

专用测试设备(STE)  

从理论上专用测试设备就是使测试台操作自动化的系统，系统的心脏通常是一台电脑，通过专用总线(采用IEEE、VXI、PXI或PCI标准)和一些可编程仪器进行控制。速度、性能、适用情况、成本及其它因素影响着仪器总线和结构的选择。各种仪器和通用设备堆叠在一个或多个垂直机箱里(基本型STE通常称为"机架系统")，然后再连到被测设备上。连线与接通一般完全自动进行并由软件控制，不过这会使接收器的内部连接非常复杂，数字资源(信道)通常在一个专用机架上，然后由另外一个单独机架包含开关阵列对模拟仪器进行连接及分配。如果需要模拟/数字信道，夹具可以提供跳线，为使成本、空间和灵活性达到最优，通常还要专门针对具体的项目或程序进行设置，因此新的项目要设计新的STE。幸好有了自动化处理，设置时间、测试时间以及整体操作都比手工测试台更加快速而容易。生成测试程序虽然不会太简单，但所需文件将大大减少，STE可以扩展为满足多种性能需要，通常用于生产或维修中心。  

STE也有缺点，最明显的是总体成本：设备投资成本、操作成本以及程序开发成本。设备投资成本包括平台的开发、材料、制造、测试、文件系统以及折旧，操作成本包括夹具成本、维护与备件成本、工具、间接材料与易耗品、人工以及管理开销，最后对每类设备测试程序开发与调试费用也要算在一起。  

除非要重复制作大量STE，否则系统开发与文件制作的非经常性工程(NRE)费用将是成本主要部分。硬件结构必须适应产品标准，而这样对灵活性、体积、信号连通与接口都有不利的影响。打开STE的前盖你就会对系统信号源及接收器之间的线路数量与复杂性感到惊奇，夹具也非常复杂，如果是包括数十个模块用于整个项目的夹具其成本会迅速占到主要部分。有些STE需要的测试源可能很难在市面上找到，一方面可能很少另外也可能太贵，例如在需要大量数字激励/响应信道时就会出现这种情况。在可接受成本范围内(每通道10到100欧元)性能和灵活性方面的选择可能非常少，性能也有能达到要求的但成本要1,000欧元每通道。如果在硬件上进行折衷，成本将转向软件开发，测试工程师必须面对STE在性能上的局限。测试开发成本不仅因为STE性能不够而增加，由于缺乏用于测试的语言(在测试仪上用C编程可不是一件有趣的事)、用户接口以及调试工具受限等等，简单软件结构对测试开发时间和成本都有不利的影响。  

不过STE很常见，尤其是对特定程序如模块测试，但也应该仔细研究ATE带来的其它方案，尤其是那些具有开放架构优点可能改变这一趋势的系统，内部测试资源更应该专用于生成测试方案，和设计专门测试平台相比这些资源具有更为独特的技能与知识。  

自动测试设备(ATE)  

通用自动测试设备(GPATE，或简称为ATE)是一种非常先进灵活的方案，可以满足多种产品与程序测试要求，从最初出现迄今已有三十多年历史。当微型计算机控制的仪器出现以后，ATE的结构设计为直接针对测试需要，系统集成、信号连通灵活性、增值软硬件、面向测试的语言、图形用户界面等是ATE，比如SEICA(www.seica.com)的V