【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(cè)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(hào)。為了準(zhǔn)確測(cè)量和表征這些信號(hào)，必須在長(zhǎng)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(zhǎng)度會(huì)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(zhǎng)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(chǔ)架構(gòu)

FastFrameTM分段存儲(chǔ)允許將內(nèi)存分割成多幀。每一幀的記錄長(zhǎng)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(zhǎng)度除以一幀的記錄長(zhǎng)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(hào)上。

圖 1. 利用5系列MSO分段存儲(chǔ)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(chǔ)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(wàn)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(jué)比較。

在圖2中，分段存儲(chǔ)幀被疊加，因此所有的脈沖在屏幕上看起來(lái)都是堆疊在一起的。這允許對(duì)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(chǔ)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(zhǎng)度

·存儲(chǔ)幀可以快速和直觀(guān)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(chǔ)顯示，顯示平均總結(jié)幀信息。

FastFrame分段存儲(chǔ)支持標(biāo)準(zhǔn)的樣本采集模式、峰值檢測(cè)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(duì)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(lái)顯示所有幀的平均波形。對(duì)于峰值檢測(cè)采集模式，可以添加包絡(luò)摘要來(lái)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(shì)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(duì)和相對(duì)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(duì)時(shí)間戳，但在度量事件之間的時(shí)間間隔時(shí)，它會(huì)變得非常強(qiáng)大。

測(cè)試應(yīng)用案例

案例1：描述間歇事件-脈沖波形特征

圖 5. 對(duì)間歇脈沖的分段存儲(chǔ)的定時(shí)特性。

FastFrame分段存儲(chǔ)可以為數(shù)字設(shè)計(jì)工程師提供不同類(lèi)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(lái)收集定時(shí)信息就會(huì)很困難。如果您不知道事件發(fā)生的時(shí)間或頻率，您就無(wú)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(chǔ)器非常適合測(cè)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(zhǎng)度，這種脈沖測(cè)量的時(shí)間分辨率也會(huì)很低。FastFrame分段存儲(chǔ)捕獲指定數(shù)量的脈沖來(lái)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(cè)量結(jié)果表明,脈沖寬度測(cè)量的平均值200.5ns和標(biāo)準(zhǔn)差約49ps。時(shí)間趨勢(shì)圖頂部的顯示表明有的脈沖相隔1秒。

案例2：測(cè)量偶發(fā)事件

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

FastFrame平均幀提供了穩(wěn)定的波形，可以用于對(duì)不常見(jiàn)的、有噪聲的信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(cè)量，提供非常高的時(shí)間分辨率脈沖寬度測(cè)量噪聲信號(hào)。

案例3：解碼突發(fā)的串行信號(hào)

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

分段存儲(chǔ)器可以更有效地利用示波器的記錄長(zhǎng)度。在圖7所示，IC串行總線(xiàn)大約有一半時(shí)間處于非活動(dòng)狀態(tài)。使用FastFrame可以有效地使可用的記錄長(zhǎng)度加倍。在這個(gè)測(cè)試設(shè)置中，一個(gè)總線(xiàn)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(xiàn)解碼的總線(xiàn)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(xiàn)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。可以進(jìn)一步的離線(xiàn)分析和報(bào)告，整個(gè)獲取的解碼總線(xiàn)信息可以導(dǎo)出到.csv文件。

案例4：比較罕見(jiàn)事件和“標(biāo)準(zhǔn)”參考

圖 8.FastFrame還可以用來(lái)直觀(guān)地比較獲得的信號(hào)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(chǔ)FastFrame“標(biāo)準(zhǔn)”波形參考和FastFrame捕獲之間的手動(dòng)比較。參考信號(hào)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(cè)設(shè)備上捕獲類(lèi)似的信號(hào)，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(duì)齊，以便進(jìn)行比較。

利用FastFrame?分段存儲(chǔ)模式提高內(nèi)存使用率且保證波形細(xì)節(jié)，來(lái)應(yīng)對(duì)捕獲偶發(fā)信號(hào)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(guò)記錄長(zhǎng)度的優(yōu)化來(lái)保存和顯示必要的數(shù)據(jù)。