Keysight InfiniiVision 3000T X系列示波器横向评测

翻译自——Keysight Blogs

有关技术名词：波形刷新率、死区时间、采样时间、随机捕捉、区域触发、小故障、触发隔离、串行总线解码、分段存储、掩膜极限测试、眼图模板测试

在众多高质量示波器中选择一款适合你的一款确实比较头疼。有一些重要的功能需要考虑，它们可能会对调试产生很大的影响。当你在寻找一个示波器的时候，要把这三个问题放在你的脑海中:

1.我能快速而容易地捕获随机或不频繁的信号问题吗?

2.我能以尽可能高的精度捕获信号事件吗?

3.是否有足够的分析能力，以充分表征我的设备?

如果对每个问题的回答都不是那么可肯定，那就再深入一点，以确保示波器能满足你的测试要求。确保仪器提供快速的结果，以提高调试效率和准确性。

新推出的Tektronix 3系列示波器与目前流行的Keysight InfiniiVision 3000T x系列示波器存在一些关键的区别，这些区别将决定上述问题的成败。

先来看一下他们的性能功能指标：

先总结一下InfiniiVision 3000T x系列的优势：

•  更高的波形刷新速度，可达到1,000,000 wfms/s

• 更简单的创建触发区域，对其进行针对性分析

• 拥有标准分段存储功能，可对每一个数据包进行测量

• 更快的掩码极限测试

•  目前唯一使用基于硬件串行解码的示波器

• 频率响应分析能力(FRA)，快速识梳理各种设备的响应输入频率

• 完整的应用程序包，让你设计潜力最大化提升

下面就详细的介绍一下他们的特性。

Tektronix 3系列和3000T x系列的带宽范围从100mhz到1ghz，并具有8位ADC。两者都提供2或4个模拟通道，并可选择添加16个数字通道来分析数字数据。

然而，与Tektronix 3系列不同的是，InfiniiVision 3000T x系列示波器提供了业界领先的波形刷新速度，能捕捉难以捉摸的故障和异常现象，这在其他示波器上是不可能的。结合广泛的软件选项、分析功能和探针，3000T x系列让用户能够放心测量。

让我们仔细看看他的规范和特性，确保上述三个问题都能够满足。

1.我能快速而容易地捕获随机或不频繁的信号吗?

捕获错误和小故障是调试时的关键。用户希望在信号中看到所有错误，以验证没有任何bug可供客户查找。3000T x系列示波器有两种其他示波器无法做到的方法:迄今为止最快的波形更新速度和最直观的触发系统。

波形刷新率

先科普一下：波形刷新率又叫波形捕获率，指的是每秒钟波形刷新的次数，表示为波形数每秒（wfms/s）。事实上，示波器从采集信号到屏幕上显示出信号波形的过程，是由若干个捕获周期组成的。一个捕获周期包括采样时间和死区时间，模拟信号通过ADC采样量化变转为数字信号同时存储，整个采样存储过程的时间称为采样时间。

说世界上最快的波形更新速度时，并不是在夸大。业界领先的每秒1,000,000波形(wfms/s)的3000T x系列的更新速度远远超过了Tektronix 3系列的更新速度。在FastAcq模式下，3系列可以达到280,000 wfms/s，但重要的是，FastAcq模式限制了示波器的其他关键功能。在正常采集模式下，该3系列可以达到约50,000 wfms/s。这比InfiniiVision 3000T x系列慢20倍。

为什么示波器的波形刷新率非常重要？

带宽、采样率和存储器深度是工程师选择数字示波器时最常使用的评估指标。波形刷新率则是另一项重要的考虑因素。示波器采集波形和更新显示的速率确定了捕获到随机和偶发事件，例如毛刺的概率。当评估示波器时，其反应能力会影响你的决定。为正确感受示波器反应是否敏捷，只需探测相对快的重复信号和观看其反应。如果示波器的显示更新太慢，就会感到这台示波器非常迟钝，因而极不好用。因此，更快的波形更新速度提高了示波器捕获难以捉摸的事件的概率。要了解为什么这是真的，你必须首先了解什么是所谓的示波器“死区时间（dead time）”。（备注：采样率是ADC的指标，波形刷新率是处理器的指标。）

每个示波器都有一个固有的特性，称为“死区时间”（英文叫做“dead time” or “blind time”）。这被定义为示波器每次采集之间的时间间隔。换句话说，就是示波器处理以前采集到的波形所花费的时间。示波器必须对存储的数据进行测量运算显示等处理，才能开始下一次的采样，这段时间称为死区时间。死区时间内，示波器并没有进行波形采集。一个捕获周期完成就会进入下一个捕获周期，捕获周期的倒数就是波形刷新率。

波形刷新率为Tacq（采样时间）和Tdeat（死区时间）的倒数，波形刷新率=1/（Tacq采样时间+Tdeat死区时间）。其中采样时间由示波器屏幕的采样窗格决定，用水平时基档位乘以水平方向格数，当水平时基确定后，采样时间就会固定。而死区时间是由示波器的处理能力决定的，当示波器对数据处理能力不足时，就会对采集的大数据不能及时进行处理，死区时间就会变长，刷新率就会降低；当示波器对数据的处理能力很强时，死区时间就会变短，相应刷新率就会很高。因此死区时间是影响刷新率的重要因素。在这段死区，示波器会完全忽略可能发生的任何信号活动，如图所示，这意味着这个dead time越短越好。

波形更新速率规格说明了示波器每秒采集的次数。波形更新速率越大，每秒的捕获次数越多，dead time越短。那么你就越有可能捕捉到难以捉摸的信息。Keysight 3000T x系列示波器的速度比Tektronix示波器快20倍，这就意味着捕获错误的可能性是Tektronix示波器的20倍。

图3和图4显示了慢波形刷新速率(50,000 wfms/s)和InfiniiVision 3000T x系列的1,000,000 wfms/s的快速刷新速率之间的差异。图4中出现的不常见故障甚至不能被图3中较慢的刷新速度捕获。所以，较慢的刷新速度可能极具误导性，它使你相信你的信号没有错误，而实际未必是你看到的。

除了发现小故障以外，更高的波形刷新率意味着你的示波器反应更灵敏，并显示你在其他情况下看不到的细微波形细节。这些细节说明噪声和抖动的存在可能性，需要进一步分析。更高的波形刷新速率还有很多好处，这仅仅是皮毛。

区域触发

更快的波形刷新速度可以捕获很少的事件，那么下一步就是隔离它们。由于需要多步处理和必要的计算或猜测工作，因此处理这种罕见的事件通常会很麻烦。InfiniiVision 3000T x系列可以通过简单地挥挥手指创建一个区域来隔离信号事件。从这里开始，你唯一要做的选择就是你是否想要信号与那个区域相交，这些复杂事件就这样被触发了。此外，你还可以使用区域触发功能来隔离串行总线的部分。例如，如果你看到大量的CAN总线产生错误，可以通过在其上绘制一个框来轻松地隔离它。

而由于Tek 3系列的波形刷新速度较慢，可能看不到需要隔离的小故障。就算你有幸看到了，那么只有使用复杂的高级触发器才能在Tek 3系列中隔离这些事件。高级触发器需要你对正在测试的信号、信号的形状、参数质量以及如何正确设置示波器以捕获信号有一定的了解。在大多数情况下，这可能是困难的或几乎不可能的。

Keysight的区域触发功能被设计为一个“point and shoot”系统，以快速隔离设计中的困难信号，而Tektronix 3系列示波器不提供区域触发。

2. 我能以尽可能高的精度捕获信号事件吗?

分段存储

当捕获脉冲或分组信息(如串行总线)时，在许多情况下，必须捕获数百次这些数据包。在大多数示波器上，包括Tektronix 3系列，唯一的方法是缩小你的信号(增加你的时间基数)。然而，问题是这恰好降低了你的采样率。如此，当你试图分析每个数据包时，你得到的捕获都是扭曲的而且毫无用处。

在keysight 3000T x系列示波器上的标准分段存储功能允许你捕获长时间跨度和使用尽可能高的采样率。这确保你看到的信号的最真实的表示，并获得高度准确的测量。

图8显示了由于高采样率而在每个错误数据包中捕获的信号细节。使用分段内存进行串行总线译码，还提供了一个列表显示，其中包含详细的解码信息和每个数据包的时间标识。你可以轻松地单击每一行来分析数据包并对其进行测量。很遗憾，Tektronix 3系列示波器不支持分段内存获取。

3.是否有足够的分析能力，以充分表征我的设备?

描述你的设备好坏应该始终超越一些基本的测量功能。在Keysight 3000T x系列上有许多分析应用程序，而在Tektronix 3系列上却找不到，这些应用程序可以很容易地测试设备的各个部分。

模板极限测试

模板（掩码）极限测试在验证测试中非常有用，无论是在研发还是制造中。掩码测试功能非常简单地围绕信号创建掩码。如果信号中有错误，则会违反掩码，并使用红色标记错误和通过/失败统计数据，如图9所示。这是执行通过/失败测试并确定信号在很长一段时间内是否经历错误的最有效方法。

InfiniiVision掩模极限测试功能是基于硬件的，可以在280,000 wfms/s的速度下进行测试，这使得它比其他所有供应商的示波器上基于软件的掩模测试快了一个数量级。但是，Tektronix 3系列示波器不支持任何形式的波形掩模测试。

你可以使用“automask”功能在信号周围创建上升时间掩码（rise-time mask），也可以上传更复杂的已知信号的自定义掩码。Keysight为许多常见的串行总线(如CAN和ARINC429)提供了免费的掩码模板。

基于硬件的串行解码

Keysight的InfiniiVision系列仪器是目前唯一使用基于硬件串行解码的示波器。所有其他示波器供应商都使用软件后处理技术来解码串行数据包/帧，使用这些软件技术，波形和解码刷新速度非常慢，有时会慢到每秒刷新几次。当你必须同时分析多个串行总线时，情况只会变得更糟。

需要注意的是:快速的波形刷新速度增加了捕获不频繁串行通信的概率。

图10显示了一个Keysight InfiniiVision x系列示波器捕获一个随机的和不常见的USB错误帧的例子。示波器的上半部分以列表的（lister）格式显示解码后的数据，波形下面显示的是与时间相关的解码轨迹。lister功能支持所有串行解码选项。

除了基于硬件的解码，Keysight 3000T x系列还为汽车提供了进一步的分析:

符号解码文件的一些协议，使其更容易理解每个数据包。

眼图模板测试[1]，以描述罕见的错误。

频率响应分析

如果你使用的是任何类型的放大器、滤波器或电源，你必须分析设备将如何响应各种输入频率。在许多情况下，你可能会发现某个输入频率导致设备故障。Keysight-exclusive频率响应分析能力(FRA)能够得到开关电源环路响应的伯德图 。这使你能够查看输入信号与输出信号的增益和相位。

小科普：频率响应分析（FRA）是一种表征当今各种电子设计频率响应（增益和相位随频率的变化）的关键测量，这些设计包括无源滤波器、放大器电路和开关模式电源（环路响应）的负反馈网络。过去，工程师通常使用网络分析仪或独立的低频 FRA 来执行这些测量，不过，是德科技现在推出了 Keysight InfiniiVision 3000T X 系列示波器，创造性地在示波器中提供了自动频率响应分析功能。这种频域测量功能通过扫描增益和相位测量结果随频率的变化（伯德图）而实现。该 FRA 软件使用示波器的内置波形发生器（WaveGen）来仿真各种频率设置下的被测电路，并使用两个示波器通道来捕获输入和输出信号。在每个测试频率上，示波器将会测量、计算并以对数形式绘制增益（20LogVout/Vin）和相位图形。

FRA应用程序使用内置波形发生器的示波器在你的设备输入端进行频率扫描。扫描范围和每十年的点数由用户定义。当你探测设备的输入和输出并进行扫描时，示波器测量并计算每个频率测试点的增益和相位，并以伯德图的形式绘制结果，如图12所示。

通过x轴上的扫频范围和y轴上的增益和相位数据，你可以确定你的设备在任何输入频率值处是否发生故障。如果bode图在任何时候看起来不正常，你可能需要在特定的输入频率上执行进一步的分析以确定原因，Tektronix 3系列不支持频率响应分析。

应用程序包

可选的软件解码和高级分析功能在Keysight 3000T x系列上更便宜。例如，Tektronix嵌入式选项只包含I2C和SPI触发器和解码。Keysight的InfiniiVision嵌入式软件包包括I2C、SPI、UART、I2S、USB-PD触发器和解码，以及掩模测试和FRA应用。Tektronix和Keysight软件选项的价格大致相同，但是InfiniiVision软件包提供了更多的功能，可以真正让你全面了解你的设计。

功能对比

从数据上看，很容易看出Keysight InfiniiVision 3000T x系列示波器让你自信地说:

我可以快速和容易地捕捉随机或不频繁的信号问题与世界上最快的波形刷新速度和简单区域触发；可以用分段内存能力以最高的精度捕获信号事件；有足够的分析能力来帮助我充分描述我的设备：掩码限制测试、频率响应分析、基于硬件的串行解码和应用程序包。

示波器作为最重要的测量工具，工程师使用它对电源设计进行测试和表征。但是， 大多数示波器在执行频率响应测量时有很大的局限性，例如控制环路响应。Keysight InfiniiVision3000T x系列是业界首款能够自动执行控制环路响应测量的示波器。虽然示波器的动态范围和精度与低频网络分析仪相比不够出众，但实际上也是够用的。我们将示波器与网络分析仪进行同类产品测试比较，从中可知：在低噪声直流输出上表征线性电源时，InfiniiVision 3000T x系列示波器测得的增益和相位测量结果非常接近于网络分析仪。

在分析示波器时，要确保你考虑了整个系统和能够帮助你加速测试的能力。InfiniiVision 3000T x系列是通用电子调试和制造验证测试的优越解决方案。做出你可以信任的度量，从而创造出能够改变未来的设计。

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[1]眼图是示波器测试得到的图形。使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，由于示波器的余晖作用，示波器扫描所得的每个码元波形叠加在一起，这时示波器上看到的图形像人的眼睛，故称为眼图。眼图是评估链路质量的重要依据，可以反应链路受码间干扰和噪声影响的程度。