不為人知的示波器十二般武藝

示波器是人們設(shè)計、制造或修理電子設(shè)備不可或缺的工具。在現(xiàn)今這個快節(jié)奏的世界里，工程師們需要利用目前最好的工具來快速準確地解決他們所遇到的測 量難題。在工程師看來，示波器是成功應(yīng)對現(xiàn)今測量難題的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)代數(shù)字示波器擁有可幫助節(jié)省時間的特性，如深存儲和一系列分析工具等，可簡化高速數(shù)字 設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)。

下文分別細數(shù)了示波器或曾不為人知的12項功能。1. 協(xié)議解碼根據(jù)示波器波形顯示進行串行總線手動解 碼既耗時又容易出錯。在這一相對簡單的I2C信號中，可能有問題存在。您能輕松找到這個問題嗎？甚至還能說出該信號代表什么嗎？要對該數(shù)據(jù)包進行手動解 碼，需尋找到包頭、數(shù)據(jù)位及包尾。利用時鐘狀態(tài)（**）對所有數(shù)據(jù)信號狀態(tài)（藍色）進行對照確認，然后將其轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)值。

圖1：示波器上的I2C信號

在 此將手動解碼與自動解碼示例進行比較。只需定義時鐘和數(shù)據(jù)處于哪些通道上以及定義用于確定邏輯值（“1”和“0”）的閾值，就可以讓示波器獲悉正通過總線 傳輸?shù)膮f(xié)議。在一瞬間，就可對串行數(shù)據(jù)進行解碼并將其顯示出來，說明總線波形顯示中的起始位、地址位、數(shù)據(jù)位和結(jié)束位。對I2C總線而言，地址值和數(shù)據(jù)值 能夠以十六進制方式顯示，或以二進制方式顯示。

圖2：自動I2C解碼

2. 網(wǎng)絡(luò)分析儀需 測量回波損耗（Sdd11）或插入損耗（Sdd21），但卻沒有TDR或VNA，怎么辦？您可用高帶寬示波器進行一些近似于網(wǎng)絡(luò)分析的測量，盡管這樣做好 像有些超出其使用范圍，而且肯定有某些局限。傳統(tǒng)的頻率響應(yīng)時間測試涉及對快脈沖的測量以及對響應(yīng)FFT的查看。除這種測量外，您還可以通過一些相當基礎(chǔ) 的設(shè)置來測量回波損耗和插入損耗。例如，一些高速標準（像PCI Express 3.0和USB 3.0）包括有這樣的測量，一長串邏輯值“1”后接一長串“0”。這構(gòu)成一種穩(wěn)態(tài)條件或低頻狀態(tài)。然后，測試圖案變?yōu)闀r鐘或1010圖案，又稱為奈奎斯特 圖。對前后電壓電平進行比較，得到一個標稱插入損耗值?？刹捎酶冗M的技術(shù)以及自定義信號激勵來提取其他詳細信息。在一篇題為“在數(shù)字存儲示波器上進行以 太網(wǎng)微分回波損耗測量”的白皮書（www2.tek.com/cmswpt/tidetails.lotr?cs=wpp&ci=2748）上可 找到有關(guān)某一程序的技術(shù)概覽的佳作。

圖3：64個“1”及64個“0”后接“1010”的圖形

3. 在DVD驅(qū)動器上播放影片大型LCD屏幕還可用作什么呢？可以肯定的是，您可以在示波器上觀看信號完整性分析指南，但更令人高興的是，您還可以觀看最近的電影（但是還不能觀看3D視頻）。4. 濾波您是否需要用高帶寬示波器測量低頻信號但又不想有高頻噪音？許多示波器都具有數(shù)字信號處理功能，可進行濾波，包括低通濾波。下一次，您想在您12GHz示波器上測量100MHz時鐘時，可使用帶寬限制功能，以得到更佳的信噪比和更精確的測量值。5. 寬帶雷達測試數(shù)字示波器早已具備FFT功能。隨著雷達和其他寬帶RF系統(tǒng)進入數(shù)字領(lǐng)域，現(xiàn)在示波器已具備瞬態(tài)或?qū)掝l帶寬RF信號分析功能。您可以對無外部降頻轉(zhuǎn)頻器的寬帶雷達、高數(shù)據(jù)速率衛(wèi)星鏈路或跳頻通信系統(tǒng)執(zhí)行脈沖分析、數(shù)字解調(diào)和EVM測量。

圖4：顯示寬帶雷達信號的示波器6. 改善垂直分辨率大部分示波器的A/D分辨率為8個比特。用不同的采集模式，可按如下所述，通過求相鄰采樣的平均值來提高垂直分辨率。那么，通過求平均值和采用高分辨率模式可將分辨率提高多少呢？理論上講，增加值為0.5Log2N，其中N為相鄰采樣的平均數(shù)。實際情況是，2個字節(jié)的存儲深度限制了這一增加。兩個字節(jié)為16位。保留其中一位作為符號位，剩余的15位用作數(shù)據(jù)數(shù)值。舍入誤差使第14位和第15位成為隨機值，從而使實際限值變?yōu)?3位。因此，改善可從約六個有效位開始，用高度過采樣時可增至約13位。

圖5：提高垂直分辨率

7. 基于示波器的信號發(fā)生器

由于許多示波器都裝有計算機I/O端口，比如USB端口或以太網(wǎng)端口，因此可使用這些端口來生成測試信號。只需下載合適的軟件（可在許多標準機構(gòu)的網(wǎng)站上查找到）來激活測試模式，您就擁有了一臺信號發(fā)生器。

8. 測試文件

如 果您想像大多數(shù)人那樣在示波器上進行分析，則可能還需要有一些測試文件。了解許多集成軟件分析工具中的測試報告功能，可為您節(jié)約一些時間。想要更高效，您 可以通過遠程控制儀表指令自動化分析和測試報告的操作。即便是基本型示波器也具備針對文件的省時功能，比如“保存全部”功能，只需按下一個按鈕，即可保存 截圖、波形數(shù)據(jù)和設(shè)置文件。

圖6：文件測試報告功能的用途

9. 智能檢索

沒 有正確的檢索工具的話，要在很長的波形記錄中找到您感興趣的事件可能會很耗時。如今，記錄長度日漸超過100萬數(shù)據(jù)點，要定位您的事件可能意味著需要瀏覽 成千上萬個信號活動屏。用軟件搜索工具可簡化對長記錄的瀏覽。甚至有前置面板控制器，使您可快速進行縮放和平移操作，就像用DVR看視頻一樣。還可順便自 動標注每個定義事件的發(fā)生情況，以便在各事件之間快速移動。

圖7：長數(shù)據(jù)記錄中標記的用途

10. 觸發(fā)

示波器的觸發(fā)功能可在信號中的正確點進行同步水平掃描，對明確的信號檢定而言，是不可缺少的。觸發(fā)控制器允許您穩(wěn)定重復(fù)波形并捕捉單次觸發(fā)波形。在高速調(diào)試應(yīng)用中，您的電路可能會工作99.999%或更長的時間。而正是.001%的時間會造成您的系統(tǒng)崩潰或正是您需要更詳細分析波形的一部分。高級觸發(fā)功能，如AB雙重事件觸發(fā)、窗口觸發(fā)、邏輯認證等等都有助于隔離問題，速度比在采集后搜索上百萬個數(shù)據(jù)樣本快很多。

圖8：高級觸發(fā)模式可減少對長數(shù)據(jù)記錄的搜索

11. 儀器的遠程控制

您 是否曾有過這樣的經(jīng)歷：離開實驗室之前忘記檢查測量值或保存測試結(jié)果？沒有特殊軟件工具就無法遠程訪問示波器了嗎？幸運地是，只需打開瀏覽器，輸入示波器 的IP地址，就可輕松接入示波器。許多示波器，甚至基本型示波器，不僅可在實驗室中聯(lián)網(wǎng)，還可設(shè)置為可在線訪問的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

圖9：網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動示波器可通過瀏覽器遠程訪問

12. 眼圖

什 么是眼圖？通過眼圖，在高速數(shù)字設(shè)計領(lǐng)域工作的人士可識別多個比特相互疊加，被廣為使用的圖形。如何才能在不挨個查看的情況下就快速驗證上百萬個比特呢？ 在一張瞬態(tài)圖中，您能大致了解會造成系統(tǒng)運行不可靠的時間變化、噪音、振鈴和其他信號完整性的影響。大部分示波器用戶都很熟悉這一工具，然而許多人并沒有 意識到信號處理和可視化技術(shù)方面的進步，從而加深對這一基本圖形的了解。通過眼圖，可基本了解電壓電平和邊緣速率等參數(shù)值。如果再進一步延伸這一概念，您 可以用BER輪廓線（BER contours）來推斷或預(yù)測誤碼率。下圖類似眼圖，但其顯示的誤碼率為定時抖動和電壓噪聲的函數(shù)。

圖10：示波器上可看到眼圖和更多信息。

結(jié)論示波器簡單易學、容易操作，可幫助您高效工作，充分提高生產(chǎn)率，使您可將精力放在設(shè)計而非測量工具上。就像世上沒有可作為標準的汽車司機一樣，世上也沒有標準的示波器用戶。無論您將示波器用于廣泛分析、用于濾波還是用于創(chuàng)建測試文件，最重要的是如何靈活操作您的示波器。