示波器如何處理高速數(shù)字系統(tǒng)
2014-11-12
數(shù)字化電子產(chǎn)品正在迅速發(fā)展，并得到廣泛應用。最近幾年，數(shù)字信號處理功能在越來越多的應用中變得很重要, 它們的應用非常廣泛，包括DVD播放器、機頂盒、音視頻接收設備、MP3播放器、數(shù)碼相機和汽車電子等。這一切使得嵌入系統(tǒng)市場如火如荼，分外熱鬧。在嵌入式系統(tǒng)中，MCU、DSP以及FPGA等都扮演著非常重要的角色。
選擇一個好的系統(tǒng)開發(fā)、調試助手，能夠幫助嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工程師們加快產(chǎn)品開發(fā)周期。通過更好的觀察到電路信號的細節(jié)和變化過程，捕捉到電路中的異常情況，可以對整個系統(tǒng)做出客觀、完善的分析。每個嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工程師都希望能夠擁有一臺高性能、功能強大的示波器作為他們的開發(fā)、調試助手。
目前，嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字信號電路的信號傳輸速率范圍是從幾十kHz 到 上百MHz。為了能夠開發(fā)出反應更為快捷、功能更為強大的產(chǎn)品，人們一直在不斷的提高信號的處理速度與傳輸速率。比如，ADI的Blackfin系列的DSP，其內核最高時鐘頻率達600MHz，系統(tǒng)時鐘可以達到400MHz。在I/O端口進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，雖然設計人員會考慮到噪聲以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性通常不會采用極限頻率，但是為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度，100MHz ~ 300MHz的傳輸速率被越來越多的被采用。
面對當前傳輸速度越來越高的情況，測試領域提供的60MHz ~ 200MHz帶寬的示波器就略顯捉襟見肘。不過在主流測試領域的示波器中，RIGOL新近推出DS1000A系列的示波器，帶寬達到300MHz，采樣率達到2GSa/s，波形捕獲率更是達到2000wfm/s，能夠很好的符合現(xiàn)在數(shù)字電路的測試需求。而其價格依然保持為中端示波器的價位，是全球范圍內性價比最具優(yōu)勢的示波器。
圖3 采樣率達到2GSa/s可以觀察到信號的過沖現(xiàn)象
圖4 高速的波形捕獲率更有助于觀察到信號的變化過程
在選擇示波器的時候，除了性能指標是數(shù)字電路開發(fā)工程師所應該關注的之外，示波器所具有的觸發(fā)功能、連接功能、存檔和分析功能也越來越凸顯作為一個好的調試助手所應具有的。
工程師們希望能夠用多種手段來捕獲波形。除了通常的邊沿觸發(fā)外，一些高級的觸發(fā)功能，比如脈寬觸發(fā)、斜率觸發(fā)、視頻觸發(fā)、交替觸發(fā)等可以幫助工程師們捕捉到特定的、更為感興趣的波形。比如，利用脈寬觸發(fā)，可以幫助工程師們發(fā)現(xiàn)總線信號傳輸中偶爾出現(xiàn)的窄脈沖，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤的原因。
圖5 脈寬觸發(fā)
圖6 斜率觸發(fā)
圖7 交替觸發(fā)
便捷的測量功能能夠幫助工程師們快速的獲得波形的各種參數(shù)信息，通常如頻率、幅度、上升時間、占空比等。而隨機的FFT分析功能則可以有助于在頻域范圍內對波形信號進行分析。
圖8 波形的FFT分析
為了能夠方便的進行交流、保存和分析，一臺好的示波器也必然需要具備保存屏幕圖和波形數(shù)據(jù)等功能，再配以USB閃存驅動器，就可以方便的將這些波形數(shù)據(jù)拷貝到PC機上進行分析、統(tǒng)計以及數(shù)據(jù)交流了。
值得慶幸的是，RIGOL的DS1000A雖然屬于中端示波器，但是其擁有許多高端示波器的功能，具備完善的觸發(fā)、測量與分析功能，也具有豐富的連接接口，包括USB Device、USB Host、RS232。DS1000CA擁有上述的這些功能，能夠更好的幫助高速數(shù)字電路工程師們實現(xiàn)設計方案，進行電路調試、分析。擁有了好的測試工具，可以讓工程師們事半功倍。
除了具備上述這些功能外，值得一提的是，RIGOL的DS1000系列示波器更是在業(yè)界獨創(chuàng)先河、大膽創(chuàng)新，實現(xiàn)了與RIGOL DG系列的信號發(fā)生器的無縫互聯(lián)、波形再現(xiàn)技術，為數(shù)字電路系統(tǒng)設計工程師提供了更為理想的系統(tǒng)分析、測試與調試的解決方案。
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