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混合信号示波器加速复杂系统测试
发布时间:2018-08-30 浏览:

混合信号示波器加速复杂系统测试

混合信号示波器,简称MSO(Mixed-signaloscilloscopes)。混合信号示波器这个称呼沿袭了原HP(今Agilent)在1996年推出54645D时的说法,当时混合信号mcu正在兴起,HP正是看好这个机会才推出了混合示波器,当时HP的宣传是,首先它是一台示波器,其次还能添加逻辑分析功能。

在许多复杂的测试方案中,示波器并不能为其提供足够的通道数量。工程师要么在实验室中多找几台示波器,要么使用逻辑分析仪。但不管是哪种情况,复杂性都会明显提高。例如数字设计中经常遇到的建立保持违规问题。传统电路中的时钟速度较低,对信号建立保持性能的余量较大。但随着系统主频的不断增加,PCB设计的日益复杂,建立保持违规问题越来越常见。检测该问题需要设定一个通道为时钟信号,另一个通道为数据信号,并设定相应的时间范围。但需要同时测量多路信号的建立保持问题时,传统的示波器显然无法满足,需要带有数字逻辑通道的示波器才能完成此类工作。混合信号示波器(MSO)同时提供了模拟通道和数字通道,为应对这类测量挑战提供了理想的解决方案。


另一方面,传统的示波器一般只有4个通道,在调试电路时会出现很多瓶颈。例如,即使调试简单的8位单片机电路,也无法时间相关地同时观察数模转换器的输出和多路IO信号,如果分时测试,则对偶发故障毫无办法;出现故障时,要了解故障是否是在单片机或内存芯片特定时候产生的,因为没有足够的通道连到被测系统的控制信号上,无法知道故障产生时控制信号处于何种状态;而在使用了FPGA的电路中,不仅测试管脚多,而且其内部节点更多,要验证其内部节点的状态,仅使用厂家提供的内部逻辑分析仪或JTAG调试工具是不够的,因为那样无法看到信号时序信息或信号完整性问题。

除了通道数不够,示波器本底噪声过大,ADC分辨率和动态范围不够;高带宽示波器往往只兼顾高速信号的测试;没有和示波器相匹配的多通道逻辑时序测试探头,没有专用的频谱分析仪选件以及协议分析选件等都是传统示波器面临的问题。

泰克公司(Tektronix)大中华区分销业务高级技术营销经理邓锦辉谈到,对于嵌入式系统测试,示波器提供的功能可分成几个阶段:第一个阶段是怎么保证信号从被测系统传输到测试仪器,这涉及探头问题。第二个阶段是信号进来后怎样从所输入的信号中发现问题,即发现问题。第三个阶段是发现问题后怎样抓住定位这个问题。第四个阶段是获取大量数据后怎样快速找到问题所在位置和时刻,当前时刻究竟发生了什么问题,即搜索功能。最后是联测跟分析功能。


当前示波器市场竞争非常厉害,“泰克的竞争优势之一是,在终端示波器市场以及整个示波器市场,探头是做得最好的。”如果信号进来就已经失真了或者被干扰了,那么更好的分析功能也没用,因此泰克花费了很多功夫来实现探头的突破。据邓锦辉介绍,许多竞争对手甚至做了一些适配器来配合泰克的探头,因为他们的探头无法做到泰克这么全面和准确。例如,过去对于无源探头而言,电阻、电容电路无法做到很高频宽,而泰克通过DSB的方法校正前端放大器的频闪,将探头的频闪从500M提高到了1G。泰克针对不同通道数量和记录长度的更灵活的配置需求推出了六种带宽为1GHz的新型号MSO/DPO4000B示波器。其中包括记录长度为20M的双通道机型,以及5M记录长度的双通道和四通道“精简”版机型。新产品在触发、搜索和分析等重要方面毫无性能牺牲,同时还包括1GHz无源探头。


怎样让调试更快速一直是终端示波器需要面对的一个难点,尤其怎么发现问题,抓住问题以及搜索这些问题的所在点。“泰克提供了很多不同的手段,允许客户自定义很多不同的触发条件以及搜索的条件,锁定其所关注的事情或故障的位置,我们提供的各种条件目前是最多、最全的。”邓锦辉还表示,与高端频谱仪的定位不同,混合域示波器(MDO)的频谱仪定位在调测目的,其中有模拟信号、数字信号、射频信号等来跟踪信号的互相联系。“MDO提供的价值在于它是一个系统的调测工具,可以同时测试16个数字通道,4个模拟通道和1个射频通道,测试这21个通道之间在时间上的关系。”


目前共享时基和触发的混合信号示波器最多支持16个逻辑通道,逻辑分析仪的功能相对简单。可以预见的是,未来的混合信号示波器将具有更高的数字采样率和波形捕获率,更强大的总线分析能力,模拟、数字甚至包括射频信号的相互触发和分析能力。安捷伦科技的杜吉伟认为:未来的三到五年内,混合信号示波器仍会以示波器功能为主,逻辑分析仪功能为辅,。混合信号示波器会出现在更高带宽的示波器中,目前MSO9000A最高带宽是4GHz,不久的将来会出现20GHz、25GHz、33GHz带宽的混合信号示波器。混合信号示波器的逻辑通道的定时采样速率会不断提升,目前示波器的采样率已经达到160GSa/s(如安捷伦63GHz带宽实时示波器),逻辑通道的定时速率有机会达到或突破20GSa/s。逻辑通道的功能会增强,包括类似逻辑分析仪的图形显示,在图形显示基础上再进行其它数学处理如FFT等 

文章来源北京凡实测控技术有限公司 网站:http://www.fanshicekong.com


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