如何提高找出偶发毛刺的几率,了解示波器静寂时间

如何提高找出偶发毛刺的几率

工程师在评测各个示波器的性能时往往会忽略波形捕获率，但这个指标极其重要——有时与厂商标榜的传统技术指标同样重要。在显示屏上查看重复捕获的波形时，该示波器的波形捕获率可能看上去很快，但这种“快速”也是相对的。

了解示波器静寂时间

图 1. 示波器静寂时间和捕获时间

在您调试新设计时，波形和解码捕获率极为重要，尤其是当您尝试找出并调试偶发或间歇发生的异常时，这是最难解决的问题。

请注意图 1 中突出显示的毛刺发生在示波器的静寂时间内。在两次示波器采集周期之后，这些毛刺不会在示波器屏幕上显示。当您知道设备的捕获速率时，可轻松计算示波器的静寂时间百分比。

毛刺捕获比较

使用几率方程和静寂时间方程式，可以对两个具有相似性能特征和价位的 500-MHz 带宽示波器进行测量比较。

在进行比较测量时，使用真实电路来生成一个随机亚稳状态（偶发毛刺），平均每秒生成大约 5 次。分别启用每个示波器的默认设置（Default Setup）。

由于我们需要观察的毛刺长度为 5至 15 ns 的跨度，因此针对这个特定测量，我们将时基设置为最佳的 10 ns/ 格。为了能让每个示波器实现最高捕获率，我也没有开启其他的特殊功能，比如测量、波形运算、串行总线分析，或数字通道采集等。

每个示波器开启 5 秒钟的余辉，但这不会影响它的最佳波形捕获率。使用示波器的默认上升边沿触发条件，触发电平设为 +1.40 V；在采集过程中出现的亚稳状态可以在屏幕中央看到。为了确定示波器捕获毛刺的几率，在计算中假定 5 秒是合适的观察时间。

从图 3 中可以看到 Keysight 3000 X 系列示波器以1,000,000 个波形/ 秒的波形捕获率能够在 5 秒钟内可靠地捕获多次随机和偶发亚稳状态。

通过以下计算方程可以算出 Keysight 3000 X 系列示波器的静寂时间百分比：

% DT = 100 x (1 – (1,000,000/s x 100 ns))= 90%

当时基设置为 10 ns/ 格时，尽管示波器的静寂时间百分比约为90%，可能感觉会显得过长，但在 5 秒内捕获毛刺的几率实际上非常高，通过以下几率计算方程得出：

P(5s) = 100 x (1 – [1 – (5/s x 100 ns)](1,000,000/s x 5s))= 91.8%

使用 Tektronix DPO/MSO3000 系列信号示波器，测量结果有很大差异，如图 4 所示。尽管该示波器所宣称的波形捕获率高达55,000 个波形/ 秒，但是当我们在 10 ns/ 格进行操作时，其最大捕获率仅为 2,600 个波形/ 秒。

下面是在相同测量条件下，Tektronix MSO3000 系列示波器的静寂时间百分比：

% DT = 100 x (1 - (2600/s x 100 ns)) = 99.97%

在 5 秒钟过后，通过 Tektronix 示波器我们无法观察到偶发亚稳状态。原因是静寂时间太长，从而导致捕获毛刺的几率极低。

假设信号中的问题信号发生概率较低，并且您愿意等，那么该示波器最终会捕获到这个亚稳状态。

以下是使用 Tektronix DPO/MSO3000 系列示波器时在 5 秒观察时间后捕获毛刺的几率。

P(5s) = 100 x (1 – [1 – (5/s x 100 ns)](2600/s x5s))= 0.65%

图 3. 当捕获率为每秒钟 1,000,000 个波形时，Keysight MSO/DSO3000 X系列示波器可靠地捕获偶发亚稳状态。

图 4. 当捕获率为每秒钟 2,600 个波形时，Tektronix DPO/MSO3000 系列示波器无法捕获偶发亚稳状态。

确定示波器的实际波形捕获率

影响示波器的波形捕获率的因素有很多。示波器厂商往往只突出宣传示波器的“优点”或最佳情况下的波形捕获速率，而这通常只会在极为有限的设置条件下才能达到。

示波器的时基设置通常是影响捕获率的首要设置条件，这是因为时基设置决定了采集显示的时间窗口。把示波器的时基设为较长的时间/ 格设置时，示波器可对更长的波形进行数字转换。

总结

如果找出并调试随机和偶发异常对您来说非常重要，那么在选择测量所用的示波器时，必须考虑波形捕获率这个因素。捕获率直接决定着示波器捕获和显示随机电路问题的几率。