示波器分段存儲(chǔ)的典型應(yīng)用

 如果一段信號(hào)每隔8小時(shí)中故障若干次，但故障的位置和次數(shù)全都隨機(jī)。你覺得，這種信號(hào)要怎么抓?

針對(duì)空閑時(shí)間較長的脈沖信號(hào)、高頻的串行總線信號(hào)、小概率的猝發(fā)或毛刺信號(hào)，如何做到既可以長時(shí)間監(jiān)控，又可高采樣率捕獲呢?本文結(jié)合測試時(shí)長8小時(shí)振動(dòng)試驗(yàn)，捕獲小概率失效區(qū)信號(hào)的案例，對(duì)示波器分段存儲(chǔ)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、8小時(shí)振蕩檢測試驗(yàn)

以振動(dòng)試驗(yàn)的連接器測試為例，整個(gè)過程中，監(jiān)測連接器可能出現(xiàn)次失效區(qū)的次數(shù)，進(jìn)而檢測產(chǎn)品是否合格。

測試需求：

整個(gè)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)長8個(gè)小時(shí)，在整個(gè)過程中連接器可能會(huì)出現(xiàn)0~幾十次失效區(qū)，時(shí)長是300ns以上，幅值大小不確定(正常情況下電平為1V)。

測試難點(diǎn)：

1、震動(dòng)試驗(yàn)時(shí)長8小時(shí)，示波器基于大時(shí)基錄波難以實(shí)現(xiàn)，并且采樣率也不夠;

2、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室噪聲干擾較大，失效時(shí)的尖峰波形和雜波混雜在一起，不易測試失效區(qū)信號(hào)。

圖1 測試波形

針對(duì)上述測試難題，示波器的分段存儲(chǔ)功能提供了良好的解決方案。

首先，根據(jù)異常信號(hào)的特征，設(shè)置好示波器捕獲觸發(fā)條件(包括觸發(fā)電平、觸發(fā)方式、時(shí)基、分段存儲(chǔ)，分段段數(shù)等)，進(jìn)行8個(gè)小時(shí)的振動(dòng)試驗(yàn)監(jiān)測，捕獲異常情況如下圖：

圖2異常捕獲

圖3分段存儲(chǔ)

如上圖3所示，在長達(dá)8個(gè)小時(shí)的測試周期中，共捕獲了106段異常波形，上圖為第9段和第13段的失效區(qū)異常情況及信號(hào)特征，當(dāng)前采樣率仍為4GSa/s。

也就是說，分段存儲(chǔ)可以解決你守著示波器的問題!

二、什么是分段存儲(chǔ)

分段存儲(chǔ)在采集過程中進(jìn)行多次觸發(fā)，對(duì)每次觸發(fā)采樣得到的數(shù)據(jù)存放到將存儲(chǔ)空間分成的一段一段小的存儲(chǔ)中。示波器觸發(fā)一次填充一個(gè)段，段與段之間的空閑信號(hào)或信號(hào)不感興趣的部分沒有被采集和存儲(chǔ)。

原理如下圖所示：總的存儲(chǔ)深度分為n段，第1段用于顯示，第2段開始存儲(chǔ)，也就是當(dāng)發(fā)生第一次觸發(fā)時(shí)采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到第2段存儲(chǔ)空間中，當(dāng)?shù)?段存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)滿之后，結(jié)束第一次觸發(fā)，等待第二次觸發(fā)的到來，觸發(fā)后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到第3段存儲(chǔ)空間中，以此類推。

圖4分段存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

如果示波器總的存儲(chǔ)深度為512Mpts，段數(shù)分配計(jì)算公式如下：

N=512*1024*1024/【當(dāng)前存儲(chǔ)容量向2^n次冪取整】-1。

三、分段存儲(chǔ)如何設(shè)置?

如果示波器最大存儲(chǔ)為512Mpts，在保持4GSa/s采樣率的情況下，支持分段存儲(chǔ)范圍：1~524287段。

點(diǎn)擊【Seg】，通過調(diào)節(jié)時(shí)基檔位，在560Kpts存儲(chǔ)深度的狀態(tài)下，將分成255段進(jìn)行存儲(chǔ)和采集，如下圖5：

圖5 分段存儲(chǔ)設(shè)置

設(shè)置觸發(fā)方式為【普通】，將觸發(fā)電平調(diào)到合適的位置，等待小概率異常信號(hào)到來。

圖6 觸發(fā)方式設(shè)置

通過手指觸碰探頭，可模擬小概率異常信號(hào)的發(fā)生，等分段存儲(chǔ)完成，點(diǎn)擊【Stop】，點(diǎn)擊【當(dāng)前段】可通過旋轉(zhuǎn)旋鈕A/B查看所有分段存儲(chǔ)情況，如圖為第45段存儲(chǔ)的波形。

圖7 分段存儲(chǔ)結(jié)果

四、分段存儲(chǔ)的應(yīng)用場合

1、低占空比脈沖或猝發(fā)信號(hào)——信號(hào)與信號(hào)之間有較長的空閑時(shí)間，很多情況下，即使有較大的存儲(chǔ)，通過降低采樣率的方式也很難達(dá)到想要的采集時(shí)長，而分段存儲(chǔ)可以很好的完成。

圖8低占空比脈沖信號(hào)

2、串行總線分析——串行總線以數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行傳輸，包與包之間空閑時(shí)間會(huì)占用示波器寶貴的存儲(chǔ)資源，采用分段存儲(chǔ)，示波器可以只采集數(shù)據(jù)包，空閑時(shí)間不采樣。在保持較高采樣率下，還可以采集較多的數(shù)椐包，方便解碼分析。

圖9總線分析

分段存儲(chǔ)功能主要解決了小概率異常信號(hào)的長時(shí)間監(jiān)控，同時(shí)又保持高采樣率的問題。對(duì)于有限的存儲(chǔ)而言，若想采樣更長時(shí)間的波形，只能降低采樣率，即使降低采樣率，也不能滿足采樣時(shí)間長度的要求，而通過分段存儲(chǔ)，將存儲(chǔ)分成若干段，對(duì)段與段之間的空閑信號(hào)不觸發(fā)采樣，進(jìn)而保持高采樣率，也就是不丟失信號(hào)細(xì)節(jié)信息的同時(shí)長時(shí)間采集感興趣的信號(hào)。