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。

• 双通道20MHz数字示波器
• 双通道5,000字真有效值数字多用表
• 双通道趋势绘图
• 即触即测功能便于脱手操作
• 一对屏蔽测试线适合示波器，电阻、通断等所有测量
• 电池操作可达5小时
• 三类600V安全认证
• 光电隔离RS-232接口
• 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。

 

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。

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。

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。