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【转贴】如何选择示波器（已搜索无重复）
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如何选择示波器 了解您的信号？ 您要知道您用示波器观察什么？既您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么？您的信号是否有复杂的特性？您的信号是重复信号还是单次信号？您要测量的信号过渡过程带宽，或者上升时间是多大？您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等？您打算同时显示多少信号？ 模拟还是数字？ 参见前面的《示波器发展》。总之，传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的面板控制，价格低廉，因而总觉得模拟示波器“使用方便”。但是随着A/D转换器速度逐年提高和价格不断降低，以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的各种功能，数字示波器已独领风骚。 带宽如何？ 带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率，即70.7%，带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降，如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽，得到的关于信号的所有特性，响铃和振鸣等都毫无意义。 一个决定您所需要的示波器带宽有效的经验法则是“5倍准则”；即将您要测量的信号最高频率分量乘以5。这将会使您在测量中获得高于2%的精度。 在某些应用场合，您不知道你的感兴趣的信号带宽，但是您知道它的最快上升时间，大多数字示波器的频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间：带宽 = 0.35 ÷ 信号的最快上升时间。 带宽有两种类型：重复（或等效时间）带宽和实时（或单次）带宽。重复带宽只适用于重复的信号，显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率，且当捕捉的事件不是经常出现时要求相当苛刻。实时带宽与采样速率联系在一起。 由于更宽的带宽往往意味着更高的价格，因此应对照你的预算来评定通常要观察信号的频率成分。 采样速率怎样？ 定义为每秒采样次数（Sa/s），指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丢失的概率就越小。 如果需要观测较长时间范围内的慢变信号，则最小采样速率就变得较为重要。为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制按钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。 如何计算采样速率？计算方法取决于所测量的波形的类型，以及示波器所采用的信号重建方式。 为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯定理规定：信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度，而且，从定义上看，低频干扰是不连续的，所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。 实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。 有一个在比较取样速率和信号带宽时很有用的经验法则：如果您正在观察的示波器有内插（通过筛选以便在取样点间重新生成），则（取样速率/信号带宽）的比值至少应为4∶1。无正弦内插时，则应采取10∶1的比值。 屏幕刷新率多快？ 所有的示波器都会闪烁。也就是说，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量。这就是波形捕获速率，也称屏幕刷新率，表示为波形数每秒（wfms/s）。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内，采样输入信号的频率; 波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。 数字存储示波器（DSO）使用串行处理结构每秒钟可以捕获10到5000个波形。DPO数字荧光示波器采用并行处理结构，可以提供更高的波形捕获速率，有的高达每秒数百万个波形，大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性，并能让您更快地发现信号存在的问题。 存储深度是多少？ 存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串，则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度，可以计算出所要求的存储深度，也称记录长度。 在正确位置上捕捉信号的有效触发，通常可以减小示波器实际需要的存储量。 存储深度与取样速度密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。 现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要500点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。 要求何种触发？ 示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描，决定着信号特性是否清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。 大多数通用示波器的用户只采用边沿触发方式，您可能发现拥有其它触发能力在某些应用是有益的。特别是对新设计产品的故障查寻。先进的触发方式可将所关心的事件分离出来，从而最有效地利用取样速度和存储深度。 现今有很多示波器，具有先进的触发能力：您能根据由幅度定义的脉冲（如短脉冲），由时间限定的脉冲（脉冲宽度、窄脉冲、转换率、建立/保持时间）和由逻辑状态或图形描述的脉冲（逻辑触发）进行触发。扩展和常规的触发功能组合也帮助显示视频和其它难以捕捉的信号，如此先进的触发能力，在设置测试过程时提供了很大程度的灵活性，而且能大大地简化工作。 有多少通道？ 您需要的通道数取决于您的应用。对于通常的经济型故障查寻应用来说，需要的是双通道示波器。然而，如果要求观察若干个模拟信号的相互关系，将需要一台4通道示波器。许多工作于模拟与数字两种信号的系统的工程师也考虑采用4通道示波器。还有一种较新的选择，即所谓混合信号示波器，它将逻辑分析仪的通道计数及触发能力与示波器的较高分辨率综合到具有时间相关显示的单一仪器之中。 -------------------------------------------------------------------------------- 逻辑分析仪之基本操作 逻辑分析仪两种分析模式做简单的介绍。 1. 非同步模式(Asynchronous Mode) 非同步模式又称为“时序分析”，它在屏幕上显示波形的方式和示波器十分相似。与示波器不同的是： a. 示波器只有2～4个信道，但逻辑分析仪却有8～200多个信道； b. 另一个不同点是，逻辑分析仪将待测信号记录为一连串的“1”(高)与“0”(低)。若在取样时刻波形的位超过分析仪预设的电压临界值(电压门限)时，仪器就会记录为“1”，反之则记录为“0”。 通常我们在数字分析上，并不需要知道仔细的波形变化，需要的是逻辑的高低电平以及芯片上不同管脚的时序关系。在非同步模式中，取样的脉冲信号是由逻辑分析仪内部提供的，因此与待测物的脉冲是非同步的。 2. 同步模式(Synchronous Mode) 同步模式称为“状态分析”，它的取样脉冲信号即是由待测物所提供的，因而称为“同步”。它不象“时序分析”用波形来显示信号和时间的关系。“状态分析”通常是用列表形式来呈现待分析的信号。“状态分析”最适用于用在读取微处理器数据流上的信息。通常把它设定为以6位码来显示采集到的信息。若加上反汇编软件，便可自动把6位码翻译成汇编代码，方便找出硬件或软件上的错误。 如何设定逻辑分析仪的触发？ 为嵌入式系统进行故障查找时，需要监控系统中许多信号及其数据流的实时行为，而逻辑分析仪是最能让工程师观察到嵌入式系统内详细数据的工具。不过，逻辑分析仪也不是魔术，使用者要建立正确的触发，才能正确对嵌入式系统进行故障查找。 设定逻辑分析仪的触发有时非常困难且耗时，即使知道如何写程序，也不一定会做触发设定。这是因为就逻辑分析仪而言，有许多独特的概念。但是只要一旦了解这些概念，触发设定就一点也不困难了。 本文的目的即在说明触发设定的概念，以及如何有效利用它们。 逻辑分析仪中的内存可比喻成一条很长的输送带，从待测物（DUT）撷取到的取样点，便是输送带上的物品。在输送带的一端放上新的物品时，旧的物品便会在另一端被取出。换句话说，因为逻辑分析仪的存储深度（亦即可储存的取样点）有限，因此当存储记录满时，再多撷取一个新的取样点，就需要删除一个最旧的取样点。以这样的比喻来看，逻辑分析仪的触发设定就像是“操作员站在输送带前，寻找某一个特殊的物品，他同时可控制整条输送带，在此物品被运送到某一个特定的位置时停止运送”。这个特殊的物品便是「触发点」。当逻辑分析仪检测到在内存的某个适当位置，撷取到符合触发条件的取样点时，逻辑分析仪便会停止搜集数据。同时，触发位置是可以设在内存内任何地方的。 触发顺序 （Trigger Sequence） 虽然逻辑分析仪的触发条件通常很直觉而简单，但却有可能需要做相当复杂的程序编辑，例如，使用者可能希望紧接在一个信号的上升沿后，另一个信号又产生上升沿时，将它定为触发点。由于需要一连串的步骤才能找到触发点，因此可称这些步骤为触发顺序，而其中的每一个步骤则称为触发状态。 每一个触发状态都由条件与动作两部份组成。条件即为布尔代数，例如，「若ADDR=1000」或「若SIG1产生一个上升沿」；动作则为当条件符合时，逻辑分析仪应执行的工作。例如：触发逻辑分析仪、转到另一状态（Go To）、或激活定时器，类似于程序编辑中的If/Then叙述。每一个触发状态都会依序编号，起始时一定是执行第一个触发状态，但其它状态则可依照Go To指令，以任意顺序来执行。当一个触发点在某一状态中不符合条件时，逻辑分析仪会撷取下一个取样点，并验证是否符合该状态的条件。以下面的触发状态为例： If DATA = 7000 Then Trigger 逻辑分析仪会不断搜集取样点，直到DATA为7000时才做触发。一旦逻辑分析仪触发后，即使符合触发条件的取样点不只一个，它也不会再触发。 若此条件不符合，逻辑分析仪将搜集下一个取样点并执行同一状态进行比较。若取样点符合条件，逻辑分析仪便会在另一个触发状态执行前，撷取到下一个取样点，因此绝不会有一个点符合两层以上的条件，而且每一状态代表的是在不同时间点发生的事件。 又以下面的触发顺序为例： If ADDR=1000 Then Go To 2 If DATA=2000 Then Trigger 若逻辑分析仪撷取到的数据如下，虽然第一点可符合条件1，但触发点应发生在第7个点： Sample No. ADDR DATA 1 1000 2000 此取样点符合第一层的条件 2 1010 3000 3 1020 4000 4 1030 5000 5 1040 6000 6 1050 7000 7 1060 2000 此为逻辑分析仪触发的点 由于新的取样点会在第一状态条件符合后，与开始测试第二状态条件之前被撷取到，因此逻辑分析仪不会在第一状态便触发。较佳的触发顺序逻辑应为「Find ADDR=1000 followed by DATA=2000 and then trigger」。下一步若触发状态的条件能够符合，逻辑分析仪便会跳至「Go To」指定的层数执行，但若没有「Go To」指令可执行，下一步该执行哪一状态便只能由逻辑分析仪决定了。有些逻辑分析仪在此时会直接执行下一状态，有些则会再执行原来那一状态，因此，为了避免如此模棱两可，最好能明白指示「Go To」这个动作。 布尔代数 若需要以数个条件同时发生的情况作为触发点，则应使用布尔代数，例如「If ADDR=1000 AND DATA=2000」。 到底要使用多层式触发顺序，还是采用布尔代数，混淆二者是触发设定中常见的错误。通常布尔代数是用于许多事件同时发生时；而对于一个事件发生在另一事件之后，有排列先后的情形，则应使用多层式触发顺序。 分支（Branching） 分支与C语言中的Switch叙述，或Basic语言中的Select Case相类似，都可提供具有个别动作之复合条件的测试方法。例如： 1.If ADDR<1000 Then Go To 2 (此为第一状态的第一个分支) Else If ADDR>2000 Then GoTo 3 (此为第一状态的第二个分支) Else If DATA=2000 Then Trigger (此为第一状态的第三个分支) 2.If DATA<=7000 Then Trigger 3.If SIG1 rising edge Then Trigger 第一状态含有三个分支，因此有三种可能的动作，若能符合第一分支的条件，则其它分支便不做测试；同时，即使一个取样点能符合多个分支的条件，最多也只能执行一个分支的动作。 另一种触发则可利用并行计数器（occurrence counter），找到一个事件发生第N次的情况。以下的例子可设定当「ADDR=1000」发生5次时做触发： 1.If ADDR=1000 occurs 5 times Then Trigger 使用定时器（Timer） 在某些例子中，使用者有兴趣的是信号间的相互影响，此时可使用定时器来核对事件间所耗费的时间。若想在一个边沿信号（edge），与前一个边沿信号相隔500 ns以内时做触发，就需要使用定时器。要记得的是，定时器必须在检测前激活。设定定时器的关键在于，要辨别何时激活与何时做检测。定时器需在检测到SIG1的上升沿时激活，并在出现SIG2上升沿时检测。因此，这样的测量可设定为： 1.If there's a Rising Edge on SIG1, then Start Timer1 Go to 2. 2.If there's a Rising Edge on SIG2 And Timer1<500 ns then Trigger. 以上的触发顺序看似正确，其实隐藏了一个很危险的缺陷。若SIG1与SIG2的上升缘相隔超过500 ns时会发生什么事？没错，逻辑分析仪不会做触发，因为Timer1会持续计时，使得触发条件永远也无法满足，但稍后可能又出现SIG1，并在500 ns内发生了SIG2。 若要解决这个问题，应在定时器每超过500 ns而没触发时，重新回到第一状态，寻找SIG1的上升沿，正确的触发顺序应为: 1.If there's a Rising Edge on SIG1, then Start Timer1 Go to 2. 2.If there's a Rising Edge on SIG2 And Timer1<500 ns then Trigger Else If Timer1>=500 ns, then Reset Timer1 Go to 1 节省内存 为嵌入式软件纠错时，常遇到无法精确指出到底是汇编语言中哪一行指令是程序的问题所在。只知道错误点接着百万状态后，发生了不正常动作，因此可在此现象作触发，但却因内存有限，而无法同时看到原因（错误）与现象（问题）。两种最简单节省内存的方法是时钟与储存资格限制。 时钟限定（Clock Qualification） 分析仪采用系统时钟做为状态分析的取样率，同时撷取几个其它信号，例如：*TA与TSIZ，作为时钟限定。因此只有当系统时钟为上升沿，同时*TA（K-clock）为低基准时，才储存该取样点。 存储限定（Storage Qualification） 存储限定也可达到有效运用逻辑分析仪内存的目的，更进一步地，在触发点前后可采用不同的存储设定。最简单的存储限定是预设储存（default storage），除非触发状态另有特别的设定，否则就须储存取样点。因此，如果只想要储存ADDR在1000至2000的点，则预设储存应设定为「ADDR In Range 1000 to 2000」，若全部不存，则可设为储存「Nothing」。 有些问题是不能单用逻辑分析仪解决的，因为通常是在见到不正常现象时，才触发逻辑分析仪。例如为找出系统总是周期性死机（crash）的原因 ，我们发现某一变量A总是在死机前变成72，所以选择在A=72前提下做触发，但如此一来，触发后待测系统却继续动作直到过了十万状态后才死机。若能在撷取到代表系统即将毁损的信号时，让系统暂停，再单步执行直到系统死机，便可找出真正的问题。这就要使用内部模块触发（Intermodule Trigger）功能，连结逻辑分析仪与能控制该处理器执行（Run Control）的仿真器，在找到A=72时暂停待测物，以观察究竟发生了什么状况，导致周期性死机。 通常逻辑分析仪的触发设定与软件的编辑大不相同，如果能以事先定义的触发函数以及具有完整说明的现成触发为参考，设定的工作便可简化许多。只有在没有任何一项可使用时，才需要自己编辑触发顺序。最后，在面临较复杂的触发设定时，别忘了先将问题分解，再一项一项地进行处理，同时活用逻辑分析仪中不同模块的功能组合，以扩大其使用功效。 -------------------------------------------------------------------------------- 频率计 频率比测量 A/B 先利用A通道测其频率，A通道调好后，再测频率比，A通道不动；调B通道触发电平，使闸门指示灯闪动，直到数据稳定即可，要求 fa,a' > fb,b' 时间间隔测量 在测好频率比的基础上，只将功能转换到测间隔档，如数据稳定，且闸门闪动，说明正确，如闸门闪动或不闪动，数据不稳定，可微调B通道触发电平，使闸门闪动，数据稳定为准。脉冲参数的测量与正负极性的选择有关。具体见下表。 A,A'极性 B,B'极性 触发沿极性 单线测试 双线测试 + + A/A'通道脉冲正沿 B/B'通道脉冲正沿 脉冲周期 A/A'通道脉冲正沿 与 B/B'通道脉冲正沿 之间的间隔 - - A/A'通道脉冲负沿 B/B'通道脉冲负沿 脉冲周期 A/A'通道脉冲负沿 与 B/B'通道脉冲负沿 之间的间隔 + - A/A'通道脉冲正沿 B/B'通道脉冲负沿 脉冲宽度 A/A'通道脉冲正沿 与 B/B'通道脉冲负沿 之间的间隔 - + A/A'通道脉冲负沿 B/B'通道脉冲正沿 脉冲空度 A/A'通道脉冲负沿 与 B/B'通道脉冲正沿 之间的间隔 -------------------------------------------------------------------------------- [search]如何选择示波器[/search] [ Last edited by 2007骑猪逛街 on 2007-12-17 at 17:57 ] |
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