【360度看新一代示波器】系列之四：最大化內(nèi)存使用率且保證波形細(xì)節(jié)

復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試和驗(yàn)證面臨許多測試技術(shù)挑戰(zhàn)，包括捕獲和可視化多個(gè)不頻繁或間斷出現(xiàn)的事件，如串行數(shù)據(jù)包、激光脈沖和故障信號。為了準(zhǔn)確測量和表征這些信號，必須在長時(shí)間內(nèi)高采樣率捕獲它們。

示波器的默認(rèn)采集模式因?yàn)槠溆邢薜挠涗涢L度會強(qiáng)制在采樣率和捕獲時(shí)間進(jìn)行妥協(xié)。使用更高的采樣率可以更快地填充儀器的內(nèi)存，減少數(shù)據(jù)采集的時(shí)間窗口。相反，捕獲長時(shí)間的數(shù)據(jù)通常是以犧牲水平時(shí)間分辨率(采樣率)為代價(jià)的。

分段存儲架構(gòu)

FastFrameTM分段存儲允許將內(nèi)存分割成多幀。每一幀的記錄長度與啟用FastFrame模式之前相同，最大幀數(shù)為儀器的最大記錄長度除以一幀的記錄長度。以指定的采樣率觸發(fā)采集并填充每一幀，只捕獲感興趣的波形部分。這些幀可以按照它們被捕獲的順序單獨(dú)查看，或者疊加以顯示它們的相似性和差異性，從而使您能夠輕松地審視波形，以便您可以將注意力集中在感興趣的信號上。

圖 1. 利用5系列MSO分段存儲分割內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)以高采樣率捕獲多個(gè)脈沖。

圖1演示了這種方法，捕獲了100,000幀。使用5系列MSO(使用4系列、6系列MSO是相同的)中的FastFrame分段存儲器，以3.125GS/s的采樣率捕獲脈沖。FastFrame采集模式的觸發(fā)速率可以達(dá)到每秒500萬幀(采集/秒)，這比示波器其他的觸發(fā)速率都要快得多。

圖 2.所有獲取幀疊加顯示允許快速的視覺比較。

在圖2中，分段存儲幀被疊加，因此所有的脈沖在屏幕上看起來都是堆疊在一起的。這允許對所有獲取幀進(jìn)行快速的可視比較。選定的幀被設(shè)置為100,000，波形以藍(lán)色顯示在疊加幀的頂部。參考幀和所選幀之間的時(shí)間差(Delta)顯示在顯示器右側(cè)的結(jié)果面板中。

FastFrame分段存儲方法的優(yōu)點(diǎn)包括 :

·高FastFrame波形捕獲率增加捕獲偶發(fā)事件的概率

·使用高采樣率保證了波形細(xì)節(jié)使捕捉脈沖的死區(qū)時(shí)間最小，確保有效利用記錄長度

·存儲幀可以快速和直觀地進(jìn)行比較，以確 定是否在疊加顯示中出現(xiàn)異常

圖 3. 5系列MSO分段存儲顯示，顯示平均總結(jié)幀信息。

FastFrame分段存儲支持標(biāo)準(zhǔn)的樣本采集模式、峰值檢測和高分辨率模式。FastFrame 可以在記錄結(jié)束時(shí)提供一個(gè)額外的“摘要”幀。對于采樣和高分辨率的采集模式，可以添加一個(gè)平均總結(jié)幀來顯示所有幀的平均波形。對于峰值檢測采集模式，可以添加包絡(luò)摘要來顯示所有幀中波形的最大值和最小值。

圖 4.顯示FastFrame時(shí)間戳，在顯示右側(cè)的結(jié)果面板中顯示幀1和幀2之間的時(shí)間間隔。顯示頂部的粉紅色時(shí)間趨勢柱狀圖，所有100,000個(gè)脈沖之間的時(shí)間差非常一致。

每一幀的波形只反映了事件的一部分。在每一幀的絕對和相對定時(shí)中也有重要的信息。每個(gè)觸發(fā)點(diǎn)的定時(shí)都具有時(shí)間戳的特征。觸發(fā)器時(shí)間插值為每個(gè)觸發(fā)器時(shí)間戳提供了非常高的定時(shí)分辨率，比樣本間隔更精確，時(shí)間戳以皮秒分辨率顯示。雖然此解決方案可能不適用于單個(gè)事件的絕對時(shí)間戳，但在度量事件之間的時(shí)間間隔時(shí)，它會變得非常強(qiáng)大。

測試應(yīng)用案例

案例1：描述間歇事件-脈沖波形特征

圖 5. 對間歇脈沖的分段存儲的定時(shí)特性。

FastFrame分段存儲可以為數(shù)字設(shè)計(jì)工程師提供不同類型的功能。例如，如果你的微處理器系統(tǒng)偶爾被中斷，用示波器來收集定時(shí)信息就會很困難。如果您不知道事件發(fā)生的時(shí)間或頻率，您就無法在正常的采集模式下設(shè)置儀器，并確保捕獲所需的信息。

FastFrame分段存儲器非常適合測試微處理器中斷等間歇性波形。在圖 5的示例中，狹窄的數(shù)字脈沖以秒為間隔，使用常規(guī)的采集方法，即使使用示波器的全記錄長度，這種脈沖測量的時(shí)間分辨率也會很低。FastFrame分段存儲捕獲指定數(shù)量的脈沖來完成分析，同時(shí)消除它們之間的“死區(qū)時(shí)間”。這節(jié)省了內(nèi)存，同時(shí)使您能夠以高分辨率捕獲每個(gè)脈沖。如圖5右邊的測量結(jié)果表明,脈沖寬度測量的平均值200.5ns和標(biāo)準(zhǔn)差約49ps。時(shí)間趨勢圖頂部的顯示表明有的脈沖相隔1秒。

案例2：測量偶發(fā)事件

圖 6.FastFrame平均幀總結(jié)提供了一種對不常見的信號(在本例中是嘈雜信號)進(jìn)行高分辨率測量的方法。

FastFrame平均幀提供了穩(wěn)定的波形，可以用于對不常見的、有噪聲的信號進(jìn)行測量。如圖6所示，捕獲1000個(gè)噪聲脈沖，疊加并取其平均值。產(chǎn)生的波形可以測量，提供非常高的時(shí)間分辨率脈沖寬度測量噪聲信號。

案例3：解碼突發(fā)的串行信號

圖 7.分段存儲捕獲模擬/數(shù)字串行總線信號及每個(gè)總線的解碼波形，捕獲總線活動并忽略包之間的死區(qū)時(shí)間。

分段存儲器可以更有效地利用示波器的記錄長度。在圖7所示，IC串行總線大約有一半時(shí)間處于非活動狀態(tài)。使用FastFrame可以有效地使可用的記錄長度加倍。在這個(gè)測試設(shè)置中，一個(gè)總線使用模擬通道捕獲，另一個(gè)使用數(shù)字通道捕獲，從兩個(gè)總線解碼的總線波形可以很容易地進(jìn)行比較。

除了在顯示器上顯示所選幀的解碼總線波形外，時(shí)間戳數(shù)據(jù)還可以以表格形式顯示在結(jié)果表中?？梢赃M(jìn)一步的離線分析和報(bào)告，整個(gè)獲取的解碼總線信息可以導(dǎo)出到.csv文件。

案例4：比較罕見事件和“標(biāo)準(zhǔn)”參考

圖 8.FastFrame還可以用來直觀地比較獲得的信號和標(biāo)準(zhǔn)參考波形之間的具體細(xì)節(jié)。

圖8中的最后一個(gè)示例顯示了存儲FastFrame“標(biāo)準(zhǔn)”波形參考和FastFrame捕獲之間的手動比較。參考信號從一個(gè)已知良好的設(shè)備中獲取，并加載到參考波形。使用參考波形控件，可以選擇感興趣的特定幀，然后使用相同的采集設(shè)置在另一個(gè)被測設(shè)備上捕獲類似的信號，可以使用幀設(shè)定控件將獲取的幀與參考幀進(jìn)行時(shí)間對齊，以便進(jìn)行比較。

利用FastFrame?分段存儲模式提高內(nèi)存使用率且保證波形細(xì)節(jié)，來應(yīng)對捕獲偶發(fā)信號的挑戰(zhàn)，可以以足夠的采樣率捕獲多個(gè)事件，以便進(jìn)行有效的分析，通過記錄長度的優(yōu)化來保存和顯示必要的數(shù)據(jù)。