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如何选择混合信号示波器

www.cechina.cn2008.02.07阅读 1986

  无论你是经常还是偶尔使用示波器,选择一款如你所需的合适示波器都是非常必要的。当市场上只有模拟示波器的时候,我们可选择的余地很小。但是在今天日益扩展的数字世界中,示波器的显示性能在很大程度上取决于数字处理算法。而且www.cechina.cn,示波器的功能也更加强大,例如能够进行自动测量和内部分析,这些都为用户节省了测试时间,降低了工作复杂度。

  为何选择MSO

  MSO(mixed signal oscilloscope,混合信号示波器)从某种意义上说可以真正取代传统的数字示波器,因为MSO除了能够显示柱状图、波形函数、FFT和眼图之外,同样还具有模拟分析功能,例如标准的时间与电压测量功能,可以测量上升/下降时间、频率和过冲幅度。MSO也具有基本的数字时序分析功能和深度存储能力。

  MSO非常适合两种主要的测量应用:

  包含较慢的模拟信号与较快的数字信号的真实混合信号环境;

  需要观察总线上多个数字通道之间的时序关系,同时要保证多个信号完整性的纯数字测量环境。

  现在的市场上有多种混合信号示波器,但是如果系统地进行评估(参见图1),那么你不难选择出最能够满足你测量要求的示波器。

 

如图1
 

  图1 逐步的分析有助于搞清楚示波器的选择过程

  带宽是所有示波器最重要的一个指标,因为带宽决定了你能够以所需的逼真度显示的最高频率。而且www.cechina.cn,带宽对示波器的价格影响很大。我们已经进入示波器数字化的时代,示波器的带宽不再仅仅是指模拟放大器本身的带宽。为了确保所选择的示波器为应用提供足够的带宽,你必须仔细考虑目前和今后将会观察的信号频率。

  上升时间决定了示波器带宽需求的下限。假设最小的信号带宽=0.5/(信号上升时间)。为了对信号进行精确的观察和测量,示波器的带宽至少应该比上述频率值大三倍。也就是说:

  信号带宽≥0.5/(信号上升时间)

  示波器带宽≥3×信号带宽

  需要多少通道

  乍一看来,通道数量似乎是一个简单的问题。然而,对于如今的数字电路设计者来说,传统的2通道和4通道示波器常常无法为触发和观察所有感兴趣的信号提供足够的通道。

  而MSO除了具备常规示波器的两个或四个模拟通道之外,还具有多个逻辑时序通道。例如,安捷伦推出的54832D混合信号示波器就是一种全功能示波器,除了具有四个模拟通道之外还有16个逻辑时序通道,能够提供多达20个通道的时序触发、采集和显示功能。

  尽管很多通用示波器的用户通常使用边沿触发功能,但是某些应用需要进行条件触发,以便将用户希望观察的事件隔离开。例如,在某些数字应用中控制工程网版权所有,对多个通道上出现的特定矢量进行触发是非常必要的。以前的办法是,将一个示波器与一台逻辑分析仪结合使用,将它们各自的输入/输出触发信号连接起来,实现两台仪器的交叉触发。

  为了简化对串行总线的测量,某些示波器已经能够对标准串行协议,例如SPI、CAN、USB、I2C和LAN进行触发。这些高级的触发功能大大节省了日常调试工作所需的时间。

  下面以常见的SDRAM应用为例www.cechina.cn,介绍在日常调试工作中如何使用MSO。要想把SDRAM的一个写周期隔离出来,必须对RAS、CAS、WE、CS和时钟共5个不同信号的组合进行触发。因此一台常规的四通道示波器是无法胜任的。如果采用MSO,将其逻辑时序通道设置为触发RAS高电平、CAS低电平、WE高电平和CS高电平,同时采用一个模拟示波器通道观察和触发时钟的上升沿,就可以完成这一工作。在逻辑分析仪与示波器相结合的方案中,逻辑分析仪和示波器只能交叉触发,而MSO则不同www.cechina.cn,它能够在所有的示波通道和逻辑通道之间进行全带宽触发。

  选择多大的采样率

  对于采用数字重构(例如sin(x)/x插值)形式的示波器而言,如果你想要在全示波器带宽下使用各个通道,那么所需的采样率至少是示波器带宽的4倍。如今大多数的示波器都采用了某种形式的数字重构功能,但是对于没有这一功能的示波器来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,这一倍数实际上达到了10倍。

  大多数示波器也采用了某种形式的A/D转换器交叉,即将两个通道的转换器组合起来对一个通道进行采样,从而使2通道或者4通道示波器中一个通道的采样率增大了一倍。示波器公开的使用说明书上可能引用了这一最大采样率,而没有指出这一采样率只对一个通道有效。如果你想购买一台四通道示波器,那么你很有可能希望多个通道都具有全带宽功能。

  另外一种判断采样率的方法就是看两个采样点之间希望达到的分辨率。我们可以把采样率简单地看成是所需分辨率的倒数。例如,如果你需要在两点之间达到1ns的分辨率,那么得到这一分辨率的采样率为1/(1 ns),即每秒1G次采样。

       选择多大的存储深度

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