揭开测试测量的小秘密——每周一考 【第2周】

2、 用示波器做总线协议分析与传统协议分析仪的区别？

3、 哪些技术可以提升示波器的响应速度和波形捕获率？它们有什么优缺点？

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1、 实时示波器的量程在低中端时没有差别，在高端时出现差别，比如有三大示波器厂家的最高端示波器的最大量程分别为8V, 1.2V , 800mV , 通常高速示波器测量的高速信号幅度也很小，以计算机高速总线测量为例，这个指标对哪些应用有影响、哪些没有影响？

(答案由安捷伦杜吉伟提供) 这个问题可以分为两部分，一是为什么会出现这样的差异，二是对哪些应用有影响，对哪些没有影响。

为什么会出现这样的差异？实时示波器带宽在达到16GHz或以上时，各个示波器厂家的差异主要体现在半导体工艺上，如下图所示，磷化铟(InP)半导体工艺的工作电压在高频时的工作电压远高于IBM HP8硅锗半导体工艺，这决定了最后的示波器量程用磷化铟工艺可达到8V峰峰值，而用硅锗则只能达到1.2V或800mV 。 理论上，示波器前面增加衰减器可提升示波器的量程，但量程较低的两个示波器厂家都没有通过在示波器内部增加衰减器的方法来提升量程，这是因为硅锗示半导体工艺本来工作电压低，示波器自身的信噪比难以提高，如果增加衰减器，会进一步引入本底噪声和幅频特性、相频特性的偏差。对于用户来说，如果你外部使用一个衰减器，你无法知道加上它后，示波器的本底噪声、幅频特性、相频特性、通道时延不确定度等的指标会变成什么样子，除非厂家提供你可信可靠的指标数据。

 
回到问题的第二部分，量程是1.2V , 800mV的示波器对哪些应用没有影响，哪些有影响。如果是用户可以使用探头的应用场合，只要探头的工作电压范围允许，示波器自身的量程这一局限性就可以被掩盖，这种方法的潜在缺点是，您可能浪费了对高端示波器的资金投入，因为目前探头最高带宽远小于示波器带宽，最高的是安捷伦提供的30GHz带宽，其次是其它厂家的25GHz或20GHz探头。

另一种应用场合是一致性测试、必须使用测试夹具，也因此必须使用同轴电缆，这时示波器的量程就是一个制约条件，量程是800mV, 1.2V的示波器，一方面无法应对信号幅度稍大的信号，另一方面，高速系统设计的地线难免有地跳动，信号本身难免有过冲和下冲，这就制约了示波器的应用场合，使得您难以把它当作一台通用仪器来使用，只能针对幅度很小（包括过冲、下冲和地跳动）的应用。

不仅是计算机行业，有很多领域也只用电缆来连接，这时示波器的量程就会成为制约条件。

2、 用示波器做总线协议分析与传统协议分析仪的区别？

(答案由安捷伦孙灯亮提供) 现在示波器的应用软件的发展方向之一是做串行总线的协议分析。

示波器做串行总线的协议分析的工作原理是：示波器正常采集波形，使用软件或DSP的方式从捕获的波形里提取协议内容。这个协议内容与传统的协议分析仪的结果是一致的，而且可以同时看波形，同时调试协议。

但是主要不足是两点：其一，除安捷伦9000、3000、7000、5000、6000系列，大部分示波器还没法实现硬件（DSP方法）的协议触发，特别针对高速串行总线，这样在示波器的捕获死区时间较大的情况下，很难保证捕获的协议内容是需要的协议内容。

其二，示波器采用过采样的方式，捕获的协议内容长度有限，没法很好的做软件级的调试。

而传统的协议分析仪就没有这样的问题，具备复杂的触发能力和足够的存储深度。而且一般还有训练器部分，不仅仅可以捕获协议，还可以产生协议。
所以说，示波器替代传统协议分析仪还有很长的路要走。

3、 哪些技术可以提升示波器的响应速度和波形捕获率？它们有什么优缺点？

(答案由安捷伦孙灯亮提供) 调试产品时，响应速度、波形捕获率率和解码更新速率极为重要，尤其是当尝试找出并调试偶发或间歇发生的问题时，这是很难解决的问题。
 

现在，有三种典型的方法可以提升示波器的响应速度和波形捕获率：DPX技术，MegaZoom技术，FPGA技术

1）DPX技术：

 
与DSO一样，输入信号首先经放大和ADC变换后得到信号的采样值，采样值经过DPX波形成像处理器的处理后形成一幅具有500*200像素、包含波形三维信息的完整流器波形图，在不间断捕获过程的情况下，DPX成像处理器每秒向波形显存储器发送30幅波形图，在微处理器的控制下，根据显示存储器的内容，在显示屏上得到采集到的波形图。实现"信号数字化→图形化→显示"这样一种波形显示方式。
 

DPO技术在提升波形捕获率方面走了开创性的一部，但是仍有很大的不足，主要是：只注重波形的快速显示，不注重进一步的测量和分析。如果要做进一步的测量或分析，还需要示波器退出DPO模式或快速捕获模式，到常规采集模式，再一次捕获，再测量和分析。

2）MegaZoom技术：

MegaZoom 技术在每个通道中引入定制的专用集成电路，这个集成电路把存储器分成2部分，采用乒乓的方式，边采集边处理，可以迅速将采集的数据写入存储器，并可以迅速地从存储器中读取和处理采集的数据，以进行显示和分析。这样该仪器在访问所采集的数据时，可以即时响应平移和缩放控制命令。

MegaZoom 技术将更新率、即时控制响应以及深存储器创新技术相结合，使能以高采样率捕获长时间周期，并在停止或运行时即时放大有关的波形细节。深存储器、前面板响应性以及显示更新率组合到示波器中，无需特殊工作方式或存储器深度选择。

3）FPGA技术：

 
为了加快数字示波器的波形更新速率和测量运算速率，现在的中高端示波器逐渐采用了FPGA技术加快信号处理。上图是90000A示波器的硬件架构，其中的IDA是集成数据加速处理器，是用FPGA实现的。先前，只把MegaZoom处理器软核集成其中，现在则开始把各种波形参数运算、协议触发和译码、FFT变换集成其中，这样即使在大数据量运算的情况下，仍然可以保证示波器的响应速度和数据处理速度。