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數(shù)字存儲示波器迎接定時和抖動的挑戰(zhàn) 示波器技術(shù)指標

時間:2020-07-29    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
在生產(chǎn)設計涉及快速信號而且時間緊迫的情況下,工程師有準確的儀器和良好的故障排除工具是非常重要的。為迎接這種挑戰(zhàn),示波器生產(chǎn)商提供了既有高精確基本特性又有先進解決問題能力的儀器。 數(shù)字示波器的基本任務是為使用者捕捉、觀察和分析信號,以及提供排除故障的工具。在選擇示波器時使用者要考慮觸發(fā)性能、帶寬、取樣率和采集存儲器長度。

觸發(fā)

許多高性能示波器裝有觸發(fā)器,能夠區(qū)別變化率、毛刺和低脈沖的問題。如果使用者處理的是高速信號,則理想的示波器可由快速事件觸發(fā)。較快的觸發(fā)電路可用100ps分辨率捕捉600ps的事件。

當電路情況尚未清楚時,使用非常快速的觸發(fā)并將數(shù)據(jù)全部存入顯示屏的長余輝圖形。使用者能觀察到可能引起錯誤的事件類型,并設置觸發(fā)去捕捉這些事件。

如果使用者知道正常信號應有的波形,則使用者只要在信號出現(xiàn)異常定時特性時觸發(fā)。

帶寬和取樣率

示波器帶寬和取樣率對精確信號捕捉是重要的。對定時測量來說,兩種特性中取樣率通常更為重要。

數(shù)字示波器在一個信號周期中最少應捕捉八個樣本,才能進行精確的定時測量。精密測量可能需要更高的比率。

前端放大器要有足夠的帶寬去跟蹤信號的最高帶寬成分。對于上升時間350ps的電路來說,放大器具有350ps本征上升時間的1GHz示波器就足夠了。所有時鐘邊沿的上升時間將會同樣降低,但不會影響它們的相對定時。

應該選用更高帶寬的儀器去測量1GHz以上的噪聲效應,同時應該認識更高帶寬的雙邊沿效應。更精確的上升時間要求示波器繪制更精確的帶寬,但是過份的帶寬會使使用者獲得錯誤的結(jié)論。假定微處理器時鐘正在驅(qū)動高速RAM器件的選通輸入,RAM器件將對時鐘邊沿發(fā)生響應而不是對高頻噪聲發(fā)生響應。在這種情況下,電路響應受帶寬限制并忽略掉很高的高頻噪聲。

寬帶垂直噪聲是邊沿抖動的主要制造者,但使用者不要過份估計垂直噪聲的影響,把超過被測電路和帶寬的噪聲影響也考慮在內(nèi)。因為放大器的寬帶噪聲隨帶寬的開方值增加,使用者應保證示波器不會把噪聲和抖動加入到信號中。具有500MHz至幾GHz帶寬的示波器只有幾ps的本征噪聲。

存儲器深度

對于復雜數(shù)據(jù)流的時鐘穩(wěn)定度和定時分析,示波器應該有足夠的存儲器在整個數(shù)據(jù)記錄上保持A/D轉(zhuǎn)換器的最高取樣率。如果存儲器不夠,則必需降低A/D轉(zhuǎn)換器的取樣率去捕捉整個信號,或者保持最高取樣率而不能記錄整個信號。

定時測量

多種定時測量都要統(tǒng)計數(shù)據(jù)的有效性。使用者不能只測量一次周期至周期的變化就測量出周期抖動。必須進行多次測量以保證一個具有高斯分布的參數(shù)的分布范圍的測量(見附表)。這些分布需要包括多種信號定時變化由寬帶噪聲決定的定時測量 。

高斯分布測量

直分圖事件數(shù) 時鐘周期抖動(б) 100±2.1 1,000±2.9 5,000 ±3.4 10,000 ±3.5 100,000 ±4.1 1,000,000 ±4.6 5,000,000 ±5.1

參數(shù)測量值,例如空度比誤差要有1,000次測量,獲得最可能的結(jié)果是分布范圍達到±2.9б。捕捉1×106次測量可將數(shù)值范圍擴展到大約9б(±4.6б)。這樣的置信度要高得多,使最壞情況的電路性能得到特征化。

某些示波器觸發(fā)一次只捕捉到一個參數(shù)值,即使由長的存儲器去捕捉,通常只是屏幕的第一個周期。另一些示波器觸發(fā)一次可捕促到1×106以上的周期并對所有周期都作測量。

示波器的CPU速度和RAM大小隨型號的不同而不同,沒有必要與價格掛鉤。某些低價示波器有很高的處理能力,而某些高價的示波器的處理能力卻很低。某些示波器用專用DSP去快速運行某些計算,但對另一些計算的運行會很慢??梢栽谫徺I示波器之前,先讓示波器進行特定的測量。

先進的故障排除性能

多種先進的故障排除工具,特別是尋找定時和抖動問題的工具,現(xiàn)在都裝入示波器內(nèi)。首先是某些示波器具有更快進入觸發(fā)方式的能力,并且將數(shù)據(jù)顯示成余輝圖形,使用者可觀察到大量事件。

某些示波器使用這些余輝圖數(shù)據(jù)繪制出向量掃跡,它顯示的包絡是±3б或其它б值,而其它示波器可給出數(shù)據(jù)值的統(tǒng)計表示。它用四個數(shù)字一組來表示,使邊沿的多次采集特征化,用邊沿到達的最先、最后、平均和б值來顯示。

其它示波器可繪制出表示所有邊沿到達時間的直方圖。多峰直方圖或帶肩直方圖表示除一項噪聲之外,還有其它因素導致定時問題。

某些示波器還可作出諸如周期周期抖動、周期至下一周期的空度比變化、脈沖幅度分布等的信號參數(shù)直方圖。由于直方圖內(nèi)容隨示波器型號的不同而不同,工程師應考慮哪一種參數(shù)重要而選擇一種含有這種參數(shù)的示波器。在許多情況下需要保持與時間有關(guān)的參數(shù)測量記錄。某些示波器可采用與數(shù)據(jù)采集一樣的時基作出定時參數(shù)的連貫值掃跡。

上述掃跡跟蹤著信號隨原始數(shù)據(jù)掃跡的定時變動。如果信號的周期、頻率或空度比變化,則跟蹤著抖動的掃跡可顯示出隨這些變化而變化的曲線(見附圖)。

因為統(tǒng)計數(shù)據(jù)用作證實一個系統(tǒng)是否處在指標之內(nèi),示波器上的抖動跟蹤曲線是電路故障排除的極好工具。設計者可迅速確認被測信號的非正常部分的位置并深入尋找失效原因。

選擇示波器

每個連續(xù)進行的項目都會遇到更快的信號和更復雜的問題,所以選擇示波器的最后一個因素是要考慮到未來的應用。選擇一個比目前需要的觸發(fā)更快、存儲能力更深和參數(shù)分析能力更強的示波器是很重要的。另外考慮示波器的設計將來能否增加分析工具和更多RAM。

當選擇示波器作定時和抖動測量時,使用者應該盡可能多地了解電路特性。在檢查市售示波器的指標后,選取幾種不同供應商的樣品試用?;ㄙM時間用示波器作實際測量和作故障分析是值得的,并且這可保證將來作定時和抖動分析更為精確。
掌握示波器使用好習慣很重要!

  示波器是電子工程師的眼睛。如果不使用示波器,我們在研的產(chǎn)品就相當于一個黑盒子,難以探知其真實面目,畢竟一抹黑的路不好走。想要產(chǎn)品使用的好,不僅要了解產(chǎn)品,也要維護好產(chǎn)品,用好產(chǎn)品也能減少故障率的提升,下面通過良好的使用習慣:

  1、理論聯(lián)系實際的好幫手  示波器是一名硬件測試工程師必須熟練掌握的工具,但由于工作性質(zhì)的原因,我們經(jīng)常做的工作是對照測試用例或者規(guī)范進行一些固定項的重復測試,如各類接口,內(nèi)部總線等。久而久之,很多人就不滿足于這種知識面了。不安于現(xiàn)狀的測試工程師們接下來的步驟就是找來一些資料來深入學習自己所面向的產(chǎn)品,了解工作原理,內(nèi)部構(gòu)造,各模塊電路,信號流向等。這些知識有的清晰,有的模棱兩可,有的甚至搞不懂?! ‘斈阌龅竭@種情況時,示波器可以成為你非常好的幫手,對不懂的地方,可以先查查資料,嘗試弄明白原理,然后用示波器量一下波形,時序等,驗證自己的分析結(jié)果。通過示波器可以直觀地看到波形,會使人感到很清晰,印象深刻,理論知識也可以得到更好的理解。  把一個電子產(chǎn)品上的信號都量測之后,加上學習一些文檔,那樣對自己所面對的產(chǎn)品理解就會透徹了?! ?i>2、直面bug的本質(zhì)  當我們在解決bug的時候,有的問題可能根據(jù)經(jīng)驗就解決了,而沒有去徹底把本質(zhì)搞明白。這樣就會有隱患,而且下次設計電路的時候可能掉進同樣的一個陷阱?! ”热鏘2C上拉電阻配置不正確導致通信出現(xiàn)概率性失敗,信號線上電容過大導致波形失真等,也許我們改改電阻值、電容值就把問題解決了,但是這樣還不夠,如果通過示波器看到波形的本質(zhì),然后再去調(diào)試。這樣解決的問題,以后就不會再犯了,也會保證避免出現(xiàn)一些當時認為已經(jīng)解決,但是在批量時依然會概率性的出問題?! ∫恍〦MC問題是由內(nèi)部高頻信號的諧波引起,通過示波器調(diào)試,可以在保證信號完整性的基礎上有效降低輻射信號的能量,如串接更合適的匹配電阻,增加對地電容等手段去解決。而保證信號完整性,最直接的手段就是使用示波器測試,以免矯枉過正,出現(xiàn)隱患。  3、有圖有真相  有些bug出現(xiàn)的時候,需要多方來一起解決。這樣的多方郵件溝通就需要圖像作為重要依據(jù)了。之前遇到一個bug:Host端向device端加載文件時出現(xiàn)概率性失敗的情況。這里涉及三方的硬件,軟件,還要涉及Host芯片及Device芯片廠家的臺灣原廠。各方經(jīng)過各自的檢查,加上各自之前出貨的經(jīng)驗,均認為自己沒有問題。使用示波器反復量測波形,時序,在開始也沒能定位問題。因在啟動時,時鐘信號線上會出現(xiàn)一部分1V雜波信號,然后通過實驗手段判定就是Host端發(fā)出,以此作為證據(jù)要求Host端的臺灣原廠修改,理由是不管此信號是否對通信造成影響,至少先解決這個問題再考慮。在更新過兩次代碼后,1V雜波信號消失,老化拷機,并未出現(xiàn)問題?! 〕鲇谧晕冶Wo本能以及各方知識的局限,一般各自都會認為自己這方?jīng)]有問題,通過示波器量測波形,找到證據(jù),督促修改,會使得問題容易得到解決。  最后,需要特別注意的是示波器的操作一定要正確,錯誤的操作及細節(jié)的不注意,就有可能把示波器這一神器變成雙刃劍,帶來不必要的麻煩,需要特別注意。在實際工作中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)不同的人測試會得到不同的測試結(jié)果,這里就需要平時多多累積一些經(jīng)驗了。歸根結(jié)底,還是一個要多使用的問題,當然文檔也要多看。

標簽: 示波器
示波器 掌握示波器使用好習慣很重要!_示波器
示波器使用中需注意的問題
  示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束,打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上,就可產(chǎn)生細小的光點(這是傳統(tǒng)的模擬示波器的工作原理)。

  一、示波器電源故障造成的不開機

  示波器內(nèi)部有獨立的電源模塊為主板和各功能模塊供電,故需著重關(guān)注用電安全。

  1、使用示波器原裝電源線;

  2、確認電網(wǎng)穩(wěn)定。當電網(wǎng)中有大功率電器接入時,先關(guān)閉示波器,拔下電源線,待電網(wǎng)穩(wěn)定后再使用;

  3、開機時:先插上AC電源線,再按開機鍵開機;

  關(guān)機時:先按關(guān)機鍵關(guān)閉示波器,再拔掉AC電源線;

  4、注意儀器使用環(huán)境,定期清理灰塵。

  二、示波器燒通道/燒采集板

  一般通道故障是由靜電或接入過大信號造成的,嚴重的時候更會燒掉采集板和主控板。這種故障維修難度大、周期長、成本高,故使用中需特別注意:

  1、嚴禁用手或身體其他部位碰觸示波器通道接口,防止靜電損傷;

  2、使用前先估算信號幅度,使用合適衰減倍數(shù)的探頭進行測試;

  3、測試時先將探頭接好,再通入信號;測試完畢后先斷開測試信號,再取下探頭。

  三、示波器系統(tǒng)問題

  類似計算機,示波器也有一套自己的操作系統(tǒng)來管理和控制硬件和軟件資源。常見的示波器系統(tǒng)問題有系統(tǒng)崩潰,驅(qū)動程序丟失,數(shù)據(jù)丟失,磁盤/內(nèi)存損壞等等。

  使用中需注意的問題:

  1、定期清理系統(tǒng),進行全盤殺毒,備份系統(tǒng);

  2、不要對系統(tǒng)文件進行操作。對系統(tǒng)文件誤操作可能會導致系統(tǒng)崩潰;

  3、注意開關(guān)機順序,禁止直接拔電源線。

標簽: 示波器
示波器 示波器使用中需注意的問題_示波器

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