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示波器如何處理高速數(shù)字系統(tǒng)
2014-11-12
數(shù)字化電子產(chǎn)品正在迅速發(fā)展，并得到廣泛應(yīng)用。最近幾年，數(shù)字信號(hào)處理功能在越來(lái)越多的應(yīng)用中變得很重要, 它們的應(yīng)用非常廣泛，包括DVD播放器、機(jī)頂盒、音視頻接收設(shè)備、MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)和汽車(chē)電子等。這一切使得嵌入系統(tǒng)市場(chǎng)如火如荼，分外熱鬧。在嵌入式系統(tǒng)中，MCU、DSP以及FPGA等都扮演著非常重要的角色。
選擇一個(gè)好的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、調(diào)試助手，能夠幫助嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工程師們加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。通過(guò)更好的觀(guān)察到電路信號(hào)的細(xì)節(jié)和變化過(guò)程，捕捉到電路中的異常情況，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做出客觀(guān)、完善的分析。每個(gè)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工程師都希望能夠擁有一臺(tái)高性能、功能強(qiáng)大的示波器作為他們的開(kāi)發(fā)、調(diào)試助手。
目前，嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)電路的信號(hào)傳輸速率范圍是從幾十kHz 到 上百M(fèi)Hz。為了能夠開(kāi)發(fā)出反應(yīng)更為快捷、功能更為強(qiáng)大的產(chǎn)品，人們一直在不斷的提高信號(hào)的處理速度與傳輸速率。比如，ADI的Blackfin系列的DSP，其內(nèi)核最高時(shí)鐘頻率達(dá)600MHz，系統(tǒng)時(shí)鐘可以達(dá)到400MHz。在I/O端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，雖然設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮到噪聲以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性通常不會(huì)采用極限頻率，但是為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度，100MHz ~ 300MHz的傳輸速率被越來(lái)越多的被采用。
面對(duì)當(dāng)前傳輸速度越來(lái)越高的情況，測(cè)試領(lǐng)域提供的60MHz ~ 200MHz帶寬的示波器就略顯捉襟見(jiàn)肘。不過(guò)在主流測(cè)試領(lǐng)域的示波器中，RIGOL新近推出DS1000A系列的示波器，帶寬達(dá)到300MHz，采樣率達(dá)到2GSa/s，波形捕獲率更是達(dá)到2000wfm/s，能夠很好的符合現(xiàn)在數(shù)字電路的測(cè)試需求。而其價(jià)格依然保持為中端示波器的價(jià)位，是全球范圍內(nèi)性?xún)r(jià)比最具優(yōu)勢(shì)的示波器。
圖3 采樣率達(dá)到2GSa/s可以觀(guān)察到信號(hào)的過(guò)沖現(xiàn)象
圖4 高速的波形捕獲率更有助于觀(guān)察到信號(hào)的變化過(guò)程
在選擇示波器的時(shí)候，除了性能指標(biāo)是數(shù)字電路開(kāi)發(fā)工程師所應(yīng)該關(guān)注的之外，示波器所具有的觸發(fā)功能、連接功能、存檔和分析功能也越來(lái)越凸顯作為一個(gè)好的調(diào)試助手所應(yīng)具有的。
工程師們希望能夠用多種手段來(lái)捕獲波形。除了通常的邊沿觸發(fā)外，一些高級(jí)的觸發(fā)功能，比如脈寬觸發(fā)、斜率觸發(fā)、視頻觸發(fā)、交替觸發(fā)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(fā)，可以幫助工程師們發(fā)現(xiàn)總線(xiàn)信號(hào)傳輸中偶爾出現(xiàn)的窄脈沖，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的原因。
圖5 脈寬觸發(fā)
圖6 斜率觸發(fā)
圖7 交替觸發(fā)
便捷的測(cè)量功能能夠幫助工程師們快速的獲得波形的各種參數(shù)信息，通常如頻率、幅度、上升時(shí)間、占空比等。而隨機(jī)的FFT分析功能則可以有助于在頻域范圍內(nèi)對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行分析。
圖8 波形的FFT分析
為了能夠方便的進(jìn)行交流、保存和分析，一臺(tái)好的示波器也必然需要具備保存屏幕圖和波形數(shù)據(jù)等功能，再配以USB閃存驅(qū)動(dòng)器，就可以方便的將這些波形數(shù)據(jù)拷貝到PC機(jī)上進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)以及數(shù)據(jù)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(fā)、測(cè)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(shù)字電路工程師們實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行電路調(diào)試、分析。擁有了好的測(cè)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(yè)界獨(dú)創(chuàng)先河、大膽創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了與RIGOL DG系列的信號(hào)發(fā)生器的無(wú)縫互聯(lián)、波形再現(xiàn)技術(shù)，為數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供了更為理想的系統(tǒng)分析、測(cè)試與調(diào)試的解決方案。
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