【360度看新一代示波器】系列之五： 使用FlexChannel應(yīng)對多總線系統(tǒng)調(diào)試

多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都采用多總線結(jié)構(gòu)，為了觀察這些系統(tǒng)，調(diào)試和檢驗(yàn)工具必須能夠顯示多條總線的活動(dòng)，以及傳感器、促動(dòng)器、顯示器和接口信號(hào)。挑戰(zhàn)在于不僅要查看多條總線，而且每條總線都要求不同的信令傳送方法，因此需要不同的探測方法。某些總線可以使用單端測量觀察，其他總線則要求差分測量。為了查看多條總線，您可能要利用數(shù)字邏輯通道，大大擴(kuò)展通道數(shù)量。

新型FlexChannel 輸入通道可以使用范圍最廣泛的探頭，滿足測量多個(gè)不同信號(hào)的需求。每條FlexChannel 可以測量：

?        使用無源探頭測量一個(gè)單端模擬信號(hào)

?        使用 TLP058 邏輯探頭接入 8 條數(shù)字通道，測量 8 個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)。

?       使用 TekVPI差分電壓探頭測量 1 個(gè)差分電壓信號(hào)。

?       使用 IsoVuTM 隔離測量系統(tǒng)測量1 個(gè)光隔離差分電壓信號(hào)

?       使用 TekVPI電流探頭測量 1 個(gè)電流信號(hào)

泰克新4系列MSO示波器的FlexChannel技術(shù)使每個(gè)通道的輸入都可以用作一個(gè)模擬通道或8個(gè)數(shù)字邏輯輸入(使用TLP058邏輯探頭)，或同時(shí)使用模擬和頻譜視圖，每個(gè)域都有獨(dú)立的采集控制，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置。要想捕獲高保真總線信號(hào)，需要重點(diǎn)考慮幾個(gè)方面的因素。

采集單端總線信號(hào)

許多常用的低速和中速總線都采用單端信令，用相對于系統(tǒng)接地的特定電壓表示數(shù)字信號(hào)。一般使用示波器標(biāo)配無源電壓探頭或使用混合信號(hào)示波器上的數(shù)字探頭捕獲這些模擬信號(hào)。FlexChannel 輸入同時(shí)支持這兩種探頭類型，應(yīng)考慮的部分重要因素包括：

?       地線要盡可能短。為了成功地采集模擬信號(hào)，首先要保證每條通道的基準(zhǔn)電壓通過低電感路徑連接到示波器上。

?   確保測量系統(tǒng)的上升時(shí)間小于信號(hào)上升時(shí)間的五分之一。示波器和探頭的性能必須能夠充分真實(shí)地表示信號(hào)。常用準(zhǔn)則是確保測量系統(tǒng)的帶寬至少是信號(hào)帶寬的五倍，采樣率至少是信號(hào)帶寬的3-5 倍。

?   對 MSO 上的數(shù)字邏輯電路，示波器和探頭的綜合系統(tǒng)帶寬應(yīng)足以捕獲信號(hào)，數(shù)字通道上的采樣率應(yīng)至少是信號(hào)頻率的10 倍。性能通常用帶寬或可以檢測的最小脈寬表示。

?   確保探頭阻抗相對于信號(hào)源阻抗很大，最大限度地降低探頭負(fù)載對信號(hào)的影響。

?   對低功率電路，這主要是探頭的輸入電阻；對高速信號(hào)，這主要是探頭的輸入電容。

采集差分總線信號(hào)

為改善總線抗噪聲能力，同時(shí)為了改善更高速的總線的信號(hào)完整性，通常會(huì)使用差分信令。與單端信令不同，差分信令用兩個(gè)信號(hào)之間的電壓差表示。對某些低頻率應(yīng)用，可以使用單端探頭捕獲差分信號(hào)的每一側(cè)，示波器可以計(jì)算數(shù)學(xué)差。在實(shí)踐中，由于探頭增益、傳播延遲和補(bǔ)償差異，這種技術(shù)特別容易發(fā)生錯(cuò)誤。捕獲差分信號(hào)最可靠的方式是使用有源差分探頭，其在探頭尖端采用差分放大器，來傳感電壓差異。

上面列明的單端探頭的性能考慮因素同樣也適用于數(shù)字探頭。但是，必須注意差分探頭能夠忽略或抑制共模信號(hào)。這些探頭的一個(gè)主要指標(biāo)是關(guān)心的頻率上的共模抑制比(CMRR)。泰克提供了各種不同性能的差分探頭，包括為最苛刻的測量環(huán)境設(shè)計(jì)的光隔離IsoVuTM 差分測量系統(tǒng)。

對所有信令方式 - 閾值是關(guān)鍵

不管采用哪種技術(shù)捕獲信號(hào)，總線信號(hào)的模擬表示一般都連接到示波器上。在正確解釋總線信號(hào)前，模擬信號(hào)必須與閾值對比，如果超過閾值，那么一般解釋為高(“1”)；如果低于閾值，那么一般解釋為(“0”)。( 在某些情況下，模擬電壓會(huì)與數(shù)字邏輯探頭內(nèi)部的閾值進(jìn)行對比。)

許多嵌入式設(shè)計(jì)基于多個(gè)邏輯家族，要求使用各種數(shù)字閾值。有的示波器支持每條通道設(shè)置專用閾值，可以實(shí)現(xiàn)最大的調(diào)試靈活性和采集保真度。

使用波形觸發(fā)模式隔離信號(hào)完整性問題

在調(diào)試并行總線或串行總線的信號(hào)完整性問題時(shí)，首先應(yīng)使用高級(jí)示波器中的標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)模式，捕獲違反設(shè)計(jì)規(guī)范的信號(hào)：

?   可以使用脈寬觸發(fā)，隔離時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線上的毛刺和最小脈寬違規(guī)。

?   可以使用超時(shí)觸發(fā)，隔離漏掉的脈沖，如時(shí)鐘信號(hào)中。

?   可以使用上升時(shí)間和下降時(shí)間觸發(fā)，隔離設(shè)計(jì)中太快或太慢的信號(hào)邊沿。

?   可以使用欠幅脈沖和窗口觸發(fā)，隔離幅度不正確、太低或太高的數(shù)字信號(hào)。

?   多通道建立時(shí)間和保持時(shí)間觸發(fā)功能會(huì)把一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的定時(shí)與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行對比，檢測元器件建立時(shí)間和保持時(shí)間違規(guī)。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，集成的信號(hào)種類越來越多。一旦解決了任何信號(hào)完整性問題，接下來要檢驗(yàn)更廣泛的系統(tǒng)的工作方式是否符合預(yù)期。新系列MSO為調(diào)試和檢驗(yàn)多總線系統(tǒng)提供了最優(yōu)秀的工具，它采用15.6 英寸超大高清顯示器，顯示區(qū)域是10.4 英寸顯示器的兩倍，高清分辨率可以支持多個(gè)信號(hào)和總線。