如何通过实时示波器进行抖动测试和分析

1、您需要多少带宽
　　我们已经处于数字示波器时代，与仅考虑模拟放大器的带宽相比，应更多的考虑示波器的带宽，为了保证示波器为应用提供足够的带宽，您必需考虑示波器将要考察的信号带宽。

　　带宽是示波器最重要的特点，因为它决定这显示的信号范围，它在很大程度上还决定着用户需要支付的价格。在制定带宽决策时，您必需把当前有限的预算与实验室中示波器使用期间预计的需求平衡起来。

　　在当前的数字技术中，系统时钟通常是示波器可能显示的频率最高的信号。示波器的带宽至少应该比这一频率高三倍，以合理地显示这个信号的形状。

　　系统中决定示波器带宽要求的另一个信号特点是信号的上升时间。由于您可能看到的不只是纯正弦波，因此在超出信号基础频率的频率上，信号将包含谐波。例如，如果您考察的是方形波，那么信号包含的频率至少要比信号的基础频率高10倍。如果在考察方形波等信号时不能保证相应的示波器带宽，您将在示波器显示屏上看到圆形的边沿，而不是预计看到的清晰快速的边沿。这进而会影响测量精度。

　　幸运的是，我们有一些非常简单的公式，可以帮助您根据信号特点确定相应的示波器带宽。

1、信号带宽＝0.5/信号上升时间
2、示波器带宽＝2 x 信号带宽
3、示波器实时取样速率＝4 x 示波器带宽

　　在已经确定了相应的示波器带宽后，您需要考虑示波器打算同时使用的每条信道的取样速率。如上面的公式3所列，对打算使用的每条信道，必需保证取样速率是示波器带宽的四倍，以便这些信道能够全面支持示波器的额定带宽。我们将在后面对此进行更详细的讨论。

2、您需要多少条信道
乍一看，信道数量似乎是一个简单的问题。毕竟，不是所有示波器都配有两条信道或四条信道吗？没别的了！数字内容遍布当前设计中的任何地方，不管数字内容在设计中的比重高低，传统的2通道或4信道示波器都并不能一直提供触发和察看所有感兴趣的信号所需的信道数量。如果您遇到这种情况，您就会了解构建外部硬件或编写专用软件隔离感兴趣的活动时涉及的问题。

　　对当前日益发展的数字领域，一种全新的示波器已经增强了示波器在数字应用和嵌入式调试应用中的应用。混合信号示波器（通常称为MSO）除典型示波器的2条或4条示波器信道外，还紧密地插入另外16条逻辑定时信道。其结果，实现了一个全功能示波器，提供了最多20条时间相关的触发、采集和察看信道。

　　我们将以常见的SDRAM应用为例，介绍怎样使用混合信号示波器进行日常调试。为隔离SDRAM写入周期，您必需对五种不通的信号组合触发系统－RAS，CAS,WE,CS和时钟。4信道示波器本身不足以满足这一基本测量要求。

　　如图2所示，16条逻辑定时信道用来设置在RAS高、CAS低、WE高和CS上触发系统。示波器信道1用来察看和抽换法时钟的上升沿。在逻辑分析仪和示波器组合解决方案中，逻辑分析仪只能交叉触发示波器或反之，与此不同，混合信号示波器可以在示波器和逻辑定时信道中进行全宽触发。

3、您要求的取样速率是多少
如前所述，在评估示波器时，取样速率是一个非常重要的考虑指标。为什么呢？大多数示波器采用插入形式，在两条或多条信道偶合模数转换器时，其仅在四信道示波器中的一条或两条信道上提供最大的取样速率，从而可以提高取样速率。许多制造商在示波器的主要技术指标中仅强调这种最大化的取样速度，而不会告诉用户该取样速率仅适用于一条信道！如果你希望购买一个4信道示波器，那么事实上你希望不仅仅在一条信道上使用和获得全部带宽。

　　回忆一下第2个考虑因素中给出的公式，示波器的取样速率至少应该是示波器带宽的4倍。在示波器使用某种数字重建形式时，最好使用4倍乘数，如sin（X）/X插补。在示波器没有采用数字重建形式时，乘数实际上应该是10倍。由于大多数示波器采用某种数字重建形式，4倍乘数应该足够了。

　　让我们考察一下使用500MHZ示波器的实例，该示波器采用sin（X）/X插补技术。对这一示波器，为在，每条信道上支持整整500MHz的带宽，每条信道需要的最低取样速率是4 x (500MHz),或每条信道2GSa/s。当前市场上部分500MHz示波器声称最大5GSa/s取样速率，但没有指出5GSa/s取样速率只适用于一条信道。在使用三条或四条信道时，这些示波器每条信道的取样速率实际上只有1.25GSa/s，不足以在几条信道上支持500MHz的带宽。

　　考虑取样速率的令一种方式是确定应用点之间希望的分辨率。取样速率是分辨率的倒数。例如，假设您希望在样点之间实现1ns的分辨率。能够提高这一分辨率的取样速率是1/（1ns）＝1GSa/s。

　　总之，要保证考虑的示波器能够为希望同时使用的所有信道提供足够的每条信道取样速率，从而每条信道都能够支持示波器的额定带宽。

4、您需要多少内存深度
　　如前所述，带宽和取样速率紧密相关。内存深度也与取样速率紧密相关。模数转换器对输入波形进行数字转换，得到的数据存储到示波器的告诉内存中。选择示波器时一个重要因素是了解示波器怎样使用存储的这些信息。内存技术使得用户能够捕获采集数据、当大察看更多细节、或在采集的数据上进行数学运算、测量和后期处理功能等操作。

　　许多人认为，示波器的最大取样速率指标适用于所有时基设置。这当然是好事，但这可能要求非常大的内存，几乎没有人能够买得起内存这样大的示波器。由于内存深度有限，因此随着人们把时基设置成越来越宽的范围，所有示波器必须降低取样速率。示波器的内存越深，以全部取样速率可以捕获的时间越多。目前市场上有一种流行的示波器，其取样速率达到每秒几千兆样点及拥有10，000样点的内存。在时基设为2ms/格及更慢时，这一示波器被迫把取样速率降低到每秒几千样点。你必需查看有问题的示波器，了解时基设置对其取样速率的影响。这里提到的示波器在以要求的扫描速率工作、以显示整个系统操作周期时，将只提供几千赫兹的带宽。

　　你所需要的内存深度取决于希望查看显示器的数量以及希望保持的取样速率。如果你希望在不同样点间以较高分辨率查看更长的时期，您使用需要深内存。简单的公式可以告诉您需要多少内存、其中需要考虑时间间隔和取样速率：

内存深度＝取样速率 x 显示时间

　　如果您需要放大及更仔细地查看波形，在示波器上所有时间设置中保证高取样速率可以防止假信号，提供与波形有关的更详细的信息。

　　一旦已经确定内存深度，同样重要的是必需考察在使用最深的内存设置时示波器的操作方式。采用传统深内存结构的示波器响应速度慢，这会给生产效率带来负面影响。由于响应速度慢，示波器制造商通常把深内存降到专用模式，工程师通常只在必需使用深内存时才使用它。尽管示波器制造商几年来已经在深内存结构中取得很大进展，但某些深内存结构的速度仍然很低，操作起来要耗费大量的时间。在购买示波器前，一定要评估示波器在最深的内存设置下的响应能力。

5、您需要哪些显示功能
所有示波器供应商都知道,他们销售的是波形图像.追溯到模拟示波器时代,示波器CRT显示器的设计特点决定着图像的质量.在当前的数字世界中,示波器的现实性能在很大程度上取决于数字处理算法,而不是显示设备的物理特点.某些示波器制造商已经在产品中增加了专用显示模式,以克服传统模拟示波器显示和数字显示之间的某些差异.没有一种很好的途径,通过研究示波器的技术指标来确定哪种示波器最适合用户的实验室环境.只有在用户工作台上实时演示及使用用户自己的波形时,才能确定哪种示波器最适合满足用户需求.

　　当前的数字示波器分为两大类:波形查看仪器和波形分析仪.为查看波形设计的示波器通常用于测试和问题诊断应用,在这些应用中,波形图像将提供用户所需的全部信息.

　　在波形分析应用中，Microsoft Windows操作系统和高级分析功能等特点可以应用额外的抽象等级,确定被测系统的性能状况.在这方面,也很难单纯根据产品技术资料,确定示波器能够躲好地满足用户需求.必需在实验室中进行实时演示,才能确定考察的示波器能否显示用户需要查看的内容.

6、您需要哪些触发功能
　　许多通用示波器使用边沿触发功能.但是,在某些应用中可能需要使用其他触发功能.高级触发功能使您能够隔离希望查看的事件.例如,在数字应用中,触发信道中某个码型会有很大帮助.如前所述,混合信号示波器可以触发逻辑信道和示波器信道码型,而在示波器/逻辑分析仪组合解决方案中,用户只能通过把各自输入/输出触发信号电缆连接在一起,来交叉触发两台仪器.

　　对串行设计人员,某些示波器甚至为SPI、CAN、USB、I2C和LIN等标准配备了串行触发协议。高级触发选项在此能够在日常调试任务中节约大量的时间。如果您需要捕获罕见的事件，情况会怎样呢？毛刺触发允许触发正向毛刺或负向毛刺。或触发大于或小于指定宽度的脉冲。在诊断问题时，这些功能特别有用。您可以触发问题，向回查看时间（使用延迟或水平位置旋钮），查看时间（使用延迟或水平位置旋钮），查看导致问题的根源。

　　当前市场上的许多示波器还为电视和视频应用提供了触发功能。通过使用示波器的电视触发功能，可以在需要查看的场合具体行上触发系统。

7、探测信号的最佳方式是什么？
　　信号的变化速率开始超过1GHz。由于无源探头一般仅限于600MHz，因此获得示波器的全部带宽可能是一个问题。系统带宽（亦即示波器/探头组合带宽）以这两种带宽中的低者为准。例如，考虑一下带有500MHz无源探头的1GHz示波器，组合的系统带宽是500MHz。如果您由于探头而获得500MHz的带宽，购买1GHz示波器是不值得的！

　　此外，每次在您把探头连接到电路上时，探头变成被测电路的一部分。探针在本质上是一条短传输线。传输线是一种L-C谐振电路，其频率是传输线的1/4波频率，L-C谐振电路的阻抗将变低，其接近于零，并将给被测设备带来负荷。可以简便的在信号的低速上升时间和减幅振荡中查看L-C谐振电路的负荷。

　　有源探头不仅提供的带宽超过无源探头，而且他们还消除了把探头连接到被刺设备(DUT)时的部分传输线效应。通过在有源探头中采用电阻“衰减的”探针和配件，安捷伦科技最大限度的降低了信号负荷及导致的信号失真。这些衰减的配件可以防止L-C谐振电路的阻抗变得太低，从而防止加载信号导致的减幅振荡和信号失真。

　　此外，衰减的配件使得探头的频响能够在整个探头带宽范围内保持平坦。通过平坦的频响，可以在探头的整个带宽内防止信号失真。

　　现在已经解决了信号失真问题，如果你探测的是高速信号，那么下一步是保证即使在使用探头配件时仍能实现全部带宽。Agilent InfiniiMax探头通过在探头放大器和探针之间使用受控的传输线，优化了探头带宽。通过使用一个放大器，您可以连接各种差分探头或单端探头，包括浏览探头、带插座的探头、焊接探头和SMA探头，并获得全部系统带宽。另外，由于探头放大器实际上通过受控传输线与探针分开，因此可以简便地接触紧密的探头空间。

　　这里的关键是在使用各种探头和配件时了解探头的额定带宽。配件可能会降低探头的性能，用户当然不希望没有必要地花上几千美元，购买一款高带宽有源探头，而这款探头在用户首选的探测配置时会严重降低系统性能。

8、您需要哪些存档和连接功能？
许多数字示波器现在带有和个人电脑相同的接口，包括GPIB、
RS－232、LAN和USB接口。现在把图片发送到打印机，或把数据传送到PC或服务器要比过去容易得多。您是否经常把示波器数据传送到PC上？那么非常重要的一点是，示波器至少要有上面列出的一种接口选项。内置软驱或光驱还可以帮助您传送数据，但与通过USB或局域网连接从示波器发送文件相比，使用软驱或光驱通常要求更多的工作。对没有局域网和USB等比较先进的接口选项的经济型示波器，示波器制造商通常提供软件，允许通过GPIB或RS-232简便地把波形图像和数据传送的PC上。如果PC没有安装GPIB卡，或用户希望以更简便的方式把波形传送到笔记本电脑上，您可能会考虑GPIB到USB转换器。许多示波器还配有几GB的硬驱，用户还可以使用他存储数据。应提前确定需要示波器提供什么程度的连接能力和存档功能。如果需要作为自动化测试系统的一部分连接示波器，一定要保证示波器配有足够的软件和驱动程度，来适应您的编程环境。

9、您怎样分析波形？
自动测量和内置分析功能可以节约用户时间，使工作更加简便。数字示波器通常带有模拟示波器上没有提供的一系列测量功能和分析选项。

数学运算函数包括加减乘除、积分和微分。测量统计（最小值、最大值和平均值）可以检定测量不确定性，在检定噪声和定时余量时，这是一项重要资源。许多数字示波器还提供了FFT功能。

对关注波形分析的“高需求用户”，示波器制造商正在中档示波器和高档示波器中提供更大的灵活性。某些制造商提供的软件允许定制复杂的测量，直接从示波器用户界面中执行数学函数和后期处理。例如，可以使用C++或Visual Basic编写测量程序，然后从示波器图形用户界面（GUI）中执行程序。用过这一功能，用户不需把数据传送到外部PC上，对关注波形分析的用户，这可以节约大量的时间。

10、最后一个、但也是同样重要的一个问题：演示、演示、还是演示！
　　如果您已经考虑了前面九了因素，您可能已经把范围缩小到能够满足标准的少量示波器中。现在应该试用这些示波器，进行并排比较。借用几天示波器，您将有时间全面评估这些示波器，您将有时间全面评估这些示波器。在使用每台示波器时，需要考虑的部分因素包括：

简单易用性：在试验期间，评估每台示波器的简便易用性.示波器是否有简便易用的专用旋钮，用于垂直灵敏度、时基速度、轨迹位置和触发等级等常用调节功能？从一项操作到另一项操作需要按多少个按钮？能否直观地运行示波器，同时把重点放在被测电路上？
显示响应速度：在评估示波器时，注意示波器的响应速度，不管是使用示波器诊断问题还是收集大量的数据，这都是一个关键因素。在改变V/格、时间/格、内存深度和位置设置时，示波器是否迅速响应？在打开测量功能时，再看一下示波器的响应速度。响应速度是否明显下降？

结论
在全面考察这些问题及评估示波器后，您应该对哪种型号真正满足你的需求已经做到胸有成竹。如果现在还不确定，您可能要与其他示波器用户讨论产品选型，或致电制造商技术支持人员。