揭開測試測量的小秘密——每周一考 【第2周】

2、用示波器做總線協議分析與傳統協議分析儀的區(qū)別？

3、哪些技術可以提升示波器的響應速度和波形捕獲率？它們有什么優(yōu)缺點？

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1、 實時示波器的量程在低中端時沒有差別，在高端時出現差別，比如有三大示波器廠家的最高端示波器的最大量程分別為8V, 1.2V , 800mV , 通常高速示波器測量的高速信號幅度也很小，以計算機高速總線測量為例，這個指標對哪些應用有影響、哪些沒有影響？

(答案由安捷倫杜吉偉提供) 這個問題可以分為兩部分，一是為什么會出現這樣的差異，二是對哪些應用有影響，對哪些沒有影響。

為什么會出現這樣的差異？實時示波器帶寬在達到16GHz或以上時，各個示波器廠家的差異主要體現在半導體工藝上，如下圖所示，磷化銦(InP)半導體工藝的工作電壓在高頻時的工作電壓遠高于IBM HP8硅鍺半導體工藝，這決定了最后的示波器量程用磷化銦工藝可達到8V峰峰值，而用硅鍺則只能達到1.2V或800mV 。 理論上，示波器前面增加衰減器可提升示波器的量程，但量程較低的兩個示波器廠家都沒有通過在示波器內部增加衰減器的方法來提升量程，這是因為硅鍺示半導體工藝本來工作電壓低，示波器自身的信噪比難以提高，如果增加衰減器，會進一步引入本底噪聲和幅頻特性、相頻特性的偏差。對于用戶來說，如果你外部使用一個衰減器，你無法知道加上它后，示波器的本底噪聲、幅頻特性、相頻特性、通道時延不確定度等的指標會變成什么樣子，除非廠家提供你可信可靠的指標數據。

回到問題的第二部分，量程是1.2V , 800mV的示波器對哪些應用沒有影響，哪些有影響。如果是用戶可以使用探頭的應用場合，只要探頭的工作電壓范圍允許，示波器自身的量程這一局限性就可以被掩蓋，這種方法的潛在缺點是，您可能浪費了對高端示波器的資金投入，因為目前探頭最高帶寬遠小于示波器帶寬，最高的是安捷倫提供的30GHz帶寬，其次是其它廠家的25GHz或20GHz探頭。

另一種應用場合是一致性測試、必須使用測試夾具，也因此必須使用同軸電纜，這時示波器的量程就是一個制約條件，量程是800mV, 1.2V的示波器，一方面無法應對信號幅度稍大的信號，另一方面，高速系統設計的地線難免有地跳動，信號本身難免有過沖和下沖，這就制約了示波器的應用場合，使得您難以把它當作一臺通用儀器來使用，只能針對幅度很小（包括過沖、下沖和地跳動）的應用。

不僅是計算機行業(yè)，有很多領域也只用電纜來連接，這時示波器的量程就會成為制約條件。

2、 用示波器做總線協議分析與傳統協議分析儀的區(qū)別？

(答案由安捷倫孫燈亮提供) 現在示波器的應用軟件的發(fā)展方向之一是做串行總線的協議分析。

示波器做串行總線的協議分析的工作原理是：示波器正常采集波形，使用軟件或DSP的方式從捕獲的波形里提取協議內容。這個協議內容與傳統的協議分析儀的結果是一致的，而且可以同時看波形，同時調試協議。

但是主要不足是兩點：其一，除安捷倫9000、3000、7000、5000、6000系列，大部分示波器還沒法實現硬件（DSP方法）的協議觸發(fā)，特別針對高速串行總線，這樣在示波器的捕獲死區(qū)時間較大的情況下，很難保證捕獲的協議內容是需要的協議內容。

其二，示波器采用過采樣的方式，捕獲的協議內容長度有限，沒法很好的做軟件級的調試。

而傳統的協議分析儀就沒有這樣的問題，具備復雜的觸發(fā)能力和足夠的存儲深度。而且一般還有訓練器部分，不僅僅可以捕獲協議，還可以產生協議。
所以說，示波器替代傳統協議分析儀還有很長的路要走。

3、 哪些技術可以提升示波器的響應速度和波形捕獲率？它們有什么優(yōu)缺點？

(答案由安捷倫孫燈亮提供) 調試產品時，響應速度、波形捕獲率率和解碼更新速率極為重要，尤其是當嘗試找出并調試偶發(fā)或間歇發(fā)生的問題時，這是很難解決的問題。

現在，有三種典型的方法可以提升示波器的響應速度和波形捕獲率：DPX技術，MegaZoom技術，FPGA技術

1）DPX技術：

與DSO一樣，輸入信號首先經放大和ADC變換后得到信號的采樣值，采樣值經過DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500*200像素、包含波形三維信息的完整流器波形圖，在不間斷捕獲過程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯存儲器發(fā)送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據顯示存儲器的內容，在顯示屏上得到采集到的波形圖。實現"信號數字化→圖形化→顯示"這樣一種波形顯示方式。

DPO技術在提升波形捕獲率方面走了開創(chuàng)性的一部，但是仍有很大的不足，主要是：只注重波形的快速顯示，不注重進一步的測量和分析。如果要做進一步的測量或分析，還需要示波器退出DPO模式或快速捕獲模式，到常規(guī)采集模式，再一次捕獲，再測量和分析。

2）MegaZoom技術：

MegaZoom 技術在每個通道中引入定制的專用集成電路，這個集成電路把存儲器分成2部分，采用乒乓的方式，邊采集邊處理，可以迅速將采集的數據寫入存儲器，并可以迅速地從存儲器中讀取和處理采集的數據，以進行顯示和分析。這樣該儀器在訪問所采集的數據時，可以即時響應平移和縮放控制命令。

MegaZoom 技術將更新率、即時控制響應以及深存儲器創(chuàng)新技術相結合，使能以高采樣率捕獲長時間周期，并在停止或運行時即時放大有關的波形細節(jié)。深存儲器、前面板響應性以及顯示更新率組合到示波器中，無需特殊工作方式或存儲器深度選擇。

3）FPGA技術：

為了加快數字示波器的波形更新速率和測量運算速率，現在的中高端示波器逐漸采用了FPGA技術加快信號處理。上圖是90000A示波器的硬件架構，其中的IDA是集成數據加速處理器，是用FPGA實現的。先前，只把MegaZoom處理器軟核集成其中，現在則開始把各種波形參數運算、協議觸發(fā)和譯碼、FFT變換集成其中，這樣即使在大數據量運算的情況下，仍然可以保證示波器的響應速度和數據處理速度。