混合信號(hào)示波器多少條通道合適？

混合信號(hào)示波器在1993年首次問世，擁有兩條模擬通道，配以8條或16條數(shù)字通道。之后幾年內(nèi)，主流MSO作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的必備調(diào)試工具，通道數(shù)量基本上鎖定在2條或4條模擬通道，外加16條數(shù)字通道。嵌入式設(shè)計(jì)人員之所以采用MSO，是因?yàn)樗鼜哪軌虿榭?個(gè)或4個(gè)信號(hào)，擴(kuò)展到能夠查看最多20個(gè)信號(hào)，而不必求助于最后的工具——邏輯分析儀。

盡管這種通道數(shù)量長(zhǎng)期來一直被市場(chǎng)廣泛接受，但這是不是仍適合當(dāng)今的嵌入式系統(tǒng)呢?對(duì)示波器制造商和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說，這是一個(gè)值得思考的問題。制造商必需知道其提供的是不是客戶實(shí)際需要的、愿意付費(fèi)購(gòu)買的測(cè)試功能。設(shè)計(jì)人員則需要適合作業(yè)的工具。

對(duì)這一問題的思考，推動(dòng)了多個(gè)科研項(xiàng)目的實(shí)施，來自世界各地的嵌入式系統(tǒng)工程師正更加深入地考察示波器通道數(shù)量問題。最新的5系列MSO在很多地方都體現(xiàn)了這些研究的成果，把提供的模擬通道數(shù)量提高到6條或8條，并提供8~64條數(shù)字通道。另外還可以在運(yùn)行過程中重新配置數(shù)字通道。

鑒于4通道MSO在過去幾年中取得了驕人的成績(jī)，可以這樣講，傳統(tǒng)數(shù)目的模擬通道和數(shù)字通道完全可以滿足大多數(shù)嵌入式設(shè)計(jì)人員的需求，更確切地說，設(shè)計(jì)人員努力使4通道夠用。但有很大一部分工程師(我們的研究中是35%)聲稱，他們需要的理想模擬通道數(shù)量是8條。

過去，在這些工程師需要4個(gè)以上的模擬輸入時(shí)，他們會(huì)試圖同時(shí)使用兩臺(tái)示波器。這種把多臺(tái)示波器“級(jí)聯(lián)”起來的做法會(huì)帶來多個(gè)挑戰(zhàn)。為同步采集，多臺(tái)示波器必須在同一個(gè)時(shí)點(diǎn)觸發(fā)，這既對(duì)線纜(或雙探頭)提出了要求，也需要?jiǎng)?chuàng)造性的觸發(fā)設(shè)置。另外很難比較兩個(gè)顯示屏上的數(shù)據(jù)，因此許多工程師從兩臺(tái)示波器中獲得數(shù)據(jù)，然后使用電腦把波形合關(guān)起來做評(píng)估。即使兩臺(tái)示波器型號(hào)一模一樣，這種同步仍會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，而如果使用的是不同的示波器型號(hào)，那么問題會(huì)更多。

在數(shù)字通道方面，事實(shí)證明，數(shù)目減少與數(shù)目增多同樣重要。在某些情況下，許多工程師有很大的挫敗感，因?yàn)樗麄儽黄荣?gòu)買16條數(shù)字通道，而實(shí)際上只需要8條數(shù)字通道。在我們的研究中，大約75%的受訪者聲稱，他們想要的數(shù)字通道數(shù)量并不是16條，有的人想要更多，有的人想要更少。

對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說，在示波器諸多特點(diǎn)中，靈活性要比通道數(shù)量更為重要。我們的研究發(fā)現(xiàn)，79%的嵌入式工程師希望示波器“面向未來需求”，擁有多種功能，可以滿足面臨巨大壓力的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的各種需求。

在我們與嵌入式設(shè)計(jì)人員討論在哪個(gè)階段需要更多的通道和更高的靈活性時(shí)，最常見的回答是在系統(tǒng)級(jí)調(diào)試期間。在多個(gè)子系統(tǒng)開始融匯在一起時(shí)，多個(gè)處理器、多個(gè)電源、多條串行總線和多個(gè)I/O設(shè)備，這時(shí)候系統(tǒng)級(jí)查看能力就會(huì)變得至關(guān)重要。在采用示波器的傳統(tǒng)調(diào)試方式中，工程師要多次使用2通道或4通道捕獲數(shù)據(jù)，向回追溯信號(hào)路徑，找到問題的根本原因。當(dāng)今許多系統(tǒng)要處理來自多個(gè)傳感器的輸入，驅(qū)動(dòng)多個(gè)促動(dòng)器，同時(shí)通過多條總線通信，傳統(tǒng)調(diào)試方式可能會(huì)遇到很多問題。這些嵌入式計(jì)算系統(tǒng)包括傳感器、加速器、處理能力和通信，在不斷發(fā)展壯大的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中構(gòu)成分布式智能設(shè)備。

我們研究發(fā)現(xiàn)，嵌入式工程師的另一個(gè)痛點(diǎn)源自當(dāng)今系統(tǒng)中電源數(shù)量的激增。為優(yōu)化功耗、性能和速度，即使相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可能也會(huì)有一個(gè)12 V整體供電裝置、多個(gè)5 V電源、一個(gè)3.3 V電源及一個(gè)1.8 V電源。檢驗(yàn)和調(diào)試這些電源的開機(jī)和關(guān)機(jī)順序，特別是相對(duì)于電路板上其他控制信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)的關(guān)系，要求更多的通道和更多的測(cè)試。

某些有創(chuàng)造力的工程師報(bào)告稱，他們使用數(shù)字MSO通道上的可變閾值檢驗(yàn)電源順序。在這種情況下，他們把數(shù)字通道的閾值設(shè)置成略低于電源的標(biāo)稱電壓，使用這種設(shè)置生成電源、復(fù)位線路、中斷、狀態(tài)線路等的“時(shí)序圖”。這種方法有一個(gè)明顯缺陷，即電源是用二進(jìn)制波形表示的，忽略了信號(hào)的模擬特點(diǎn)。大多數(shù)工程師更愿意使用模擬通道執(zhí)行這種測(cè)試和調(diào)試。

對(duì)許多應(yīng)用來說，4條模擬通道/16條數(shù)字通道的傳統(tǒng)配置可能就足夠了。但如果遇到新問題，而且我們肯定會(huì)遇到新問題，那么最好還是知道現(xiàn)在終于有了一些其他方案可供選擇。