示波器如何處理高速數字系統
2014-11-12
數字化電子產品正在迅速發展，并得到廣泛應用。最近幾年，數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、數碼相機和汽車電子等。這一切使得嵌入系統市場如火如荼，分外熱鬧。在嵌入式系統中，MCU、DSP以及FPGA等都扮演著非常重要的角色。
選擇一個好的系統開發、調試助手，能夠幫助嵌入式系統的開發工程師們加快產品開發周期。通過更好的觀察到電路信號的細節和變化過程，捕捉到電路中的異常情況，可以對整個系統做出客觀、完善的分析。每個嵌入式系統的開發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、調試助手。
目前，嵌入式系統的數字信號電路的信號傳輸速率范圍是從幾十kHz 到 上百MHz。為了能夠開發出反應更為快捷、功能更為強大的產品，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，系統時鐘可以達到400MHz。在I/O端口進行數據傳輸的時候，雖然設計人員會考慮到噪聲以及數據傳輸的穩定性通常不會采用極限頻率，但是為了提高數據傳輸速度，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，能夠很好的符合現在數字電路的測試需求。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，除了性能指標是數字電路開發工程師所應該關注的之外，示波器所具有的觸發功能、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外，一些高級的觸發功能，比如脈寬觸發、斜率觸發、視頻觸發、交替觸發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，可以幫助工程師們發現總線信號傳輸中偶爾出現的窄脈沖，從而發現數據傳輸錯誤的原因。
圖5 脈寬觸發
圖6 斜率觸發
圖7 交替觸發
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據等功能，再配以USB閃存驅動器，就可以方便的將這些波形數據拷貝到PC機上進行分析、統計以及數據交流了。
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、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字電路工程師們實現設計方案，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界獨創先河、大膽創新，實現了與RIGOL DG系列的信號發生器的無縫互聯、波形再現技術，為數字電路系統設計工程師提供了更為理想的系統分析、測試與調試的解決方案。
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