引言

隨著電子產(chǎn)品速度越來(lái)越快、越來(lái)越復(fù)雜，其設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和調(diào)試的難度也越來(lái)越大。設(shè)計(jì)人員必須全面檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品可靠運(yùn)行。在發(fā)生問(wèn)題時(shí)，設(shè)計(jì)人員必需迅速了解根本原因，以便解決問(wèn)題。通過(guò)同時(shí)分析信號(hào)的模擬表示方式和數(shù)字表示方式，許多數(shù)字問(wèn)題的根本原因都可以迎刃而解，因此，混合信號(hào)示波器(MSO)為檢驗(yàn)和調(diào)試數(shù)字電路提供了理想的解決方案。

 泰克MSO2000、MSO3000和MSO4000系列混合信號(hào)示波器不僅提供了泰克示波器的完美性能，還融合了16通道邏輯分析儀的基本功能，包括并行/串行總線協(xié)議解碼和觸發(fā)。MSO系列提供了首選工具，可以采用強(qiáng)大的數(shù)字觸發(fā)、高分辨率采集功能和分析工具，迅速調(diào)試數(shù)字電路。本應(yīng)用指南重點(diǎn)介紹檢驗(yàn)和調(diào)試技巧，幫助您使用泰克MSO系列更高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)計(jì)。

 圖1. 同一個(gè)MSO4000數(shù)字探頭適配夾上的混合邏輯家族(TTL & LVPECL)門(mén)限設(shè)置。上面三條通道是TTL信號(hào)，門(mén)限為1.40 V；下面兩條通道是LVPECL信號(hào)，門(mén)限為2.00 V。

 圖2. MSO系列上的定時(shí)采集實(shí)例，它使用設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)定義和解碼4條并行總線。

 設(shè)置數(shù)字門(mén)限

混合信號(hào)示波器的數(shù)字通道把數(shù)字信號(hào)視為邏輯值高或邏輯值低，與數(shù)字電路查看信號(hào)的方式一模一樣。也就是說(shuō)，只要振鈴、過(guò)沖和地電平反彈不導(dǎo)致邏輯跳變，那么這些模擬特點(diǎn)對(duì)MSO就不是問(wèn)題。與邏輯分析儀一樣，MSO使用門(mén)限電壓，確定信號(hào)是邏輯值高還是邏輯值低。

 MSO4000系列可以為每條通道獨(dú)立設(shè)置門(mén)限，適合調(diào)試帶有混合邏輯家族的電路。圖1顯示了MSO4000在其中一個(gè)數(shù)字探頭適配夾上測(cè)量五個(gè)邏輯信號(hào)，它同時(shí)測(cè)量三個(gè)TTL (晶體管-晶體管邏輯)信號(hào)和兩個(gè)LVPECL (低壓正發(fā)射器-耦合邏輯)信號(hào)。

 MSO2000和MSO3000系列則為每個(gè)探頭適配夾設(shè)置門(mén)限(一組8條通道)，因此TTL信號(hào)將位于第一個(gè)適配夾上，而LVPECL信號(hào)則位于第二個(gè)適配夾上。

 定時(shí)采集和狀態(tài)采集

主要數(shù)字采集技術(shù)有兩種。第一種技術(shù)是定時(shí)采集，其中MSO以MSO采樣率確定的距離相等的時(shí)間對(duì)數(shù)字信號(hào)采樣。在每個(gè)樣點(diǎn)上，MSO存儲(chǔ)信號(hào)的邏輯狀態(tài)，創(chuàng)建信號(hào)的時(shí)序圖。

 第二種數(shù)字采集技術(shù)是狀態(tài)采集。狀態(tài)采集規(guī)定了數(shù)字信號(hào)邏輯狀態(tài)有效穩(wěn)定的特殊時(shí)間，這在同步和時(shí)鐘輸入數(shù)字電路中十分常見(jiàn)。時(shí)鐘信號(hào)規(guī)定了信號(hào)狀態(tài)有效的時(shí)間。例如，對(duì)采用上升沿時(shí)鐘的D觸發(fā)裝置來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)穩(wěn)定時(shí)間在時(shí)鐘上升沿周圍。對(duì)采用上升沿時(shí)鐘的D觸發(fā)裝置來(lái)說(shuō)，輸出信號(hào)穩(wěn)定時(shí)間在時(shí)鐘下降沿周圍。由于同步電路的時(shí)鐘周期可能并不是固定的，因此狀態(tài)采集之間的時(shí)間可能并不均勻，這一點(diǎn)是它與定時(shí)采集的不同點(diǎn)。

 邏輯分析儀同時(shí)提供了定時(shí)采集功能和狀態(tài)采集功能?；旌闲盘?hào)示波器數(shù)字通道采集信號(hào)的方式與邏輯分析儀在定時(shí)采集模式下采集信號(hào)的方式類似，如圖2所示。泰克MSO系列把定時(shí)采集解碼成時(shí)鐘輸入總線顯示畫(huà)面(圖2)和事件表(圖3)，其與邏輯分析儀的狀態(tài)采集顯示畫(huà)面類似，在調(diào)試過(guò)程中為您提供重要信息。

 圖3. 在事件表中顯示解碼的數(shù)據(jù)，這與邏輯分析儀的狀態(tài)采集顯示畫(huà)面類似。

 圖4. 探頭色碼與波形色碼一致，可以更簡(jiǎn)便地查看哪些信號(hào)與哪個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

 帶色碼的數(shù)字波形顯示

數(shù)字定時(shí)波形看上去與模擬波形非常類似，但有一點(diǎn)除外，即它只顯示邏輯值高和低。定時(shí)采集分析的重點(diǎn)通常是確定具體時(shí)點(diǎn)的邏輯值，測(cè)量一個(gè)或多個(gè)波形上邊沿跳變之間的時(shí)間。為使分析變得更簡(jiǎn)便，泰克MSO系列在數(shù)字波形上用藍(lán)色顯示邏輯值低，用綠色顯示邏輯值低，即使看不見(jiàn)跳變時(shí)，用戶仍能查看邏輯值。波形標(biāo)記顏色還與探頭色碼一致，可以更簡(jiǎn)便地查看哪個(gè)信號(hào)與哪個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)，如圖4所示。

 數(shù)字定時(shí)波形可以分組，建立一條總線。一個(gè)數(shù)字信號(hào)被定義為最低有效位，其它數(shù)字信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)值的其它位，直到最高有效位。然后MSO把總線解碼成二進(jìn)制值或十六進(jìn)制值。泰克MSO系列還建立一個(gè)事件表，把邏輯狀態(tài)顯示為二進(jìn)制值或十六進(jìn)制值。每種狀態(tài)都帶有時(shí)間標(biāo)記，簡(jiǎn)化了時(shí)序測(cè)量工作。

泰克MSO系列使用時(shí)鐘輸入格式或非時(shí)鐘輸入格式解碼并行總線。對(duì)時(shí)鐘輸入解碼，MSO確定指定作為時(shí)鐘的信號(hào)的上升沿、下降沿或兩個(gè)沿上總線的邏輯狀態(tài)。這意味著只顯示總線上有效的跳變，而不包括數(shù)據(jù)無(wú)效時(shí)發(fā)生的任何跳變。對(duì)非時(shí)鐘輸入解碼，MSO在每個(gè)樣點(diǎn)上解碼總線，顯示總線上的每個(gè)跳變。在MSO使用時(shí)鐘輸入解碼時(shí)，解碼的總線顯示畫(huà)面和事件表與邏輯分析儀的狀態(tài)顯示畫(huà)面非常類似。由于總線解碼是采集后流程，因此您可以在分析過(guò)程中靈活地改變解碼格式。

 泰克MSO系列同時(shí)解碼最多兩條或四條總線，具體視型號(hào)而定。總線定義為并行或串行(I2C, SPI, CAN, LIN, FlexRay, RS-232/422/485/UART和I2S/LJ/RJ/TDM)。并行總線由數(shù)字通道D0 – D15中的任意一條通道組成。串行總線由模擬通道1 - 4和數(shù)字通道D0 - D15中的任意一條通道組成。MSO系列一次顯示最多4條模擬通道、4個(gè)參考波形、1個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算波形、4條總線和16條數(shù)字通道，可以最大限度地了解電路行為。

 圖5. 使用測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能迅速檢驗(yàn)5 V CMOS信號(hào)幅度。

 圖6. 對(duì)5 V COMOS信號(hào)，把MSO數(shù)字門(mén)限設(shè)置為2.5 V。

 準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)字采集

在MSO準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)字采集時(shí)，基本任務(wù)有兩項(xiàng)。第一，與邏輯分析儀一樣，需要為被測(cè)的邏輯家族配置MSO數(shù)字通道門(mén)限，以保證采集正確的邏輯電平。第二，需要調(diào)節(jié)模擬通道的偏移，以在模擬通道和數(shù)字通道之間實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的時(shí)間相關(guān)。

 可以使用MSO的模擬通道，迅速檢查數(shù)字信號(hào)的邏輯擺幅。在圖5中，MSO使用多個(gè)采集中的測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自動(dòng)測(cè)量5 V CMOS信號(hào)幅度。對(duì)電壓擺幅對(duì)稱的邏輯家族，如CMOS，門(mén)限是信號(hào)幅度的一半。在圖6中，數(shù)字通道門(mén)限設(shè)置為2.5 V，是5 V CMOS信號(hào)幅度的一半。但對(duì)邏輯擺不對(duì)稱的邏輯家族，如TTL，一般需要查閱元件產(chǎn)品技術(shù)資料，把邏輯設(shè)備最大低電平輸入電壓值(TTL VIL = 0.8V)和最小高電平輸入電壓值(TTL VIH = 2.0V)的一半(TTL Vthreshold = 1.4V)作為門(mén)限。

 從圖6中可以看到同一信號(hào)模擬波形和數(shù)字波形上升沿之間的時(shí)間偏移。模擬波形位于數(shù)字波形前面。為準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，必需去掉模擬到數(shù)字時(shí)間偏移，以在模擬波形和數(shù)字波形之間更好地實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)。泰克MSO系列提供了可以調(diào)節(jié)的模擬探頭偏移校正功能，使模擬通道相對(duì)對(duì)準(zhǔn)，并使模擬通道與數(shù)字通道對(duì)準(zhǔn)。模擬通道偏移校正設(shè)置補(bǔ)償不同模擬探頭的傳播延遲。

 泰克MSO系列中每臺(tái)示波器都帶有一只邏輯探頭。為簡(jiǎn)化數(shù)字測(cè)量，示波器會(huì)補(bǔ)償邏輯探頭的傳播延遲，因此沒(méi)有數(shù)字通道探頭偏移校正調(diào)節(jié)功能。例如，MSO4000數(shù)字通道的通道間偏移指標(biāo)典型值是60 ps。

 圖7. 模擬通道時(shí)間與數(shù)字通道對(duì)準(zhǔn)。

 圖8. TTL突發(fā)信號(hào)。

[圖示內(nèi)容：]

Unspecified time between bursts: 未指明突發(fā)間的時(shí)間

 圖9. TTL突發(fā)信號(hào)。

 為把模擬通道與數(shù)字通道對(duì)準(zhǔn)，CMOS模擬波形上的2.5 V位置需要與2.5 V門(mén)限上發(fā)生的CMOS邏輯跳變?cè)跁r(shí)間上對(duì)準(zhǔn)。如圖7所示，我們使用-1.60 ns偏移校正功能，把模擬通道與數(shù)字通道對(duì)準(zhǔn)。對(duì)其它模擬通道，重復(fù)這個(gè)偏移校正過(guò)程。

 在模擬探頭變化時(shí)，應(yīng)檢查模擬通道偏移，在測(cè)量不同的邏輯家族時(shí)，應(yīng)檢查數(shù)字門(mén)限。通過(guò)配置門(mén)限和偏移，MSO可以隨時(shí)檢驗(yàn)和調(diào)試數(shù)字電路。下面我們討論使用MSO檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的多個(gè)實(shí)例。

 觸發(fā)非預(yù)計(jì)事件

第一個(gè)實(shí)例是檢驗(yàn)包含8個(gè)脈沖的TTL突發(fā)信號(hào)，如圖8所示。正脈寬指標(biāo)范圍是23.2 ns - 25 ns，脈沖之間的脈寬是26 ns – 27 ns。突發(fā)之間的時(shí)間沒(méi)有指定。

 MSO數(shù)字通道連接到TTL突發(fā)信號(hào)上，為T(mén)TL邏輯設(shè)置門(mén)限。MSO配置成上升沿觸發(fā)。為加快檢驗(yàn)過(guò)程，MSO配置成自動(dòng)測(cè)量光標(biāo)之間的正脈寬和負(fù)脈寬。

 圖9顯示了單次采集，其中在第一個(gè)脈沖沿上觸發(fā)MSO。根據(jù)按MSO單次采集按鈕的時(shí)間，MSO可能已經(jīng)觸發(fā)采集任何其它上升沿。

 采集的信號(hào)有八個(gè)滿足規(guī)范的脈沖。第一個(gè)正脈沖寬23.88 ns，負(fù)脈沖寬26.18 ns，這些數(shù)值自動(dòng)測(cè)得，都位于規(guī)范范圍內(nèi)。泰克MSO系列示波器的光標(biāo)是聯(lián)動(dòng)的，一個(gè)控件會(huì)沿著波形移動(dòng)兩個(gè)光標(biāo)，檢查每個(gè)正脈寬和負(fù)脈寬。這一采集中的所有脈沖都滿足規(guī)范。

 圖10. MSO系列測(cè)量統(tǒng)計(jì)，檢驗(yàn)TTL突發(fā)信號(hào)正脈寬和負(fù)脈寬。

 圖11. MSO觸發(fā)采集3.636 ns的正脈寬誤差。

 通過(guò)把MSO采集模式從Single變成Run，可以更嚴(yán)格地檢查正脈寬和負(fù)脈寬。它在多個(gè)采集中累加正負(fù)脈沖統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(平均值、最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差)，可以為測(cè)量統(tǒng)計(jì)選擇2 - 1,000次采集。

 圖10的測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示正脈寬平均值為23.87 ns，標(biāo)準(zhǔn)偏差為53.62 ps。正脈寬最小值為23.76 ns，最大值為24.00 ns，位于規(guī)范范圍內(nèi)。同樣，經(jīng)檢驗(yàn)，負(fù)脈寬也位于規(guī)范范圍內(nèi)。這時(shí)，TTL突發(fā)信號(hào)檢驗(yàn)工作進(jìn)展順利。

 這種檢驗(yàn)技術(shù)取決于采集和分析的是連續(xù)信號(hào)的哪些部分。更有力的檢驗(yàn)技術(shù)是利用泰克MSO系列強(qiáng)大的觸發(fā)功能檢查每個(gè)脈寬。例如，MSO可以設(shè)置成測(cè)量每一個(gè)正脈沖，觸發(fā)<23.2 ns的不合格的脈寬，來(lái)檢驗(yàn)TTL突發(fā)信號(hào)。可以使用單次采集模式，在觸發(fā)后停止MSO，來(lái)分析不合格的脈沖。

 在圖11中，MSO觸發(fā)<23.2 ns的不合格的正脈沖，在這一采集中捕獲了兩個(gè)錯(cuò)誤。第一個(gè)錯(cuò)誤是第七個(gè)脈沖寬3.636 ns，小于23.2 ns的最小規(guī)范。第二個(gè)錯(cuò)誤是漏掉了第八個(gè)脈沖。這是使用MSO數(shù)字觸發(fā)查看不合格數(shù)字信號(hào)的實(shí)例。另外，在查找不合格的數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以使用MSO觸發(fā)，查看>25.6 ns的脈沖。在本例中，沒(méi)有找到任何問(wèn)題。

 這個(gè)錯(cuò)誤的根本原因在于設(shè)計(jì)問(wèn)題?？刂泼}沖選通的信號(hào)與脈沖生成不同步，選通時(shí)長(zhǎng)偶爾會(huì)變化。結(jié)果，內(nèi)部選通間歇性地砍掉第后一個(gè)脈沖，削去第七個(gè)脈沖。

 可以使用這種觸發(fā)錯(cuò)誤的檢驗(yàn)技術(shù)，長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)信號(hào)，如隔夜監(jiān)測(cè)或周末監(jiān)測(cè)，從而提供更加嚴(yán)格的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)技術(shù)。

 圖12. 周期為50 ns的LVPECL信號(hào)0及周期為90 ns的信號(hào)1。

[圖示內(nèi)容：]

Signal 0: 信號(hào)0

Signal 1: 信號(hào)1

 圖13. MSO觸發(fā)底部LVPECL信號(hào)上的727.3 ps毛刺。

 使用模擬采集和數(shù)字采集，全面了解設(shè)計(jì)情況

在本例中，我們檢驗(yàn)兩個(gè)低壓正發(fā)射器耦合邏輯(LVPECL)信號(hào)。3.3 V LVPECL邏輯值高約為2.4 V，邏輯值低約為1.6 V，因此我們把MSO數(shù)字通道門(mén)限設(shè)置為2.0 V。

 信號(hào)0是一個(gè)周期約為50 ns的方波，信號(hào)1是周期約為90 ns的方波，如圖12所示，兩個(gè)信號(hào)之間沒(méi)有時(shí)間關(guān)系。

 我們使用上一個(gè)TTL突發(fā)實(shí)例中使用的檢驗(yàn)技術(shù)，檢驗(yàn)這些LVPECL信號(hào)。為檢查不合格信號(hào)，我們把MSO配置成觸發(fā)<22.4 ns的脈寬。在圖13中，MSO觸發(fā)底部信號(hào)上的727.3 ps毛刺。捕獲這個(gè)毛刺要求MSO的定時(shí)分辨率好于727.3 ps。

 MSO的一個(gè)重要的采集指標(biāo)是捕獲數(shù)字信號(hào)使用的定時(shí)分辨率。以更好的定時(shí)分辨率采集信號(hào)可以更準(zhǔn)確地測(cè)量信號(hào)變化的時(shí)間。例如，500 MS/s采集速率的定時(shí)分辨率為2 ns，采集的信號(hào)邊沿不確定性是2 ns。更低的定時(shí)分辨率60.6 ps (16.5 GS/s)會(huì)把信號(hào)邊沿不確定性降低到60.6 ps，可以捕獲變化更快的信號(hào)。

 泰克MSO4000系列同時(shí)使用兩種采集在內(nèi)部采集數(shù)字信號(hào)。第一種采集是對(duì)高達(dá)10 M的記錄長(zhǎng)度，定時(shí)分辨率最低為2 ns，第二種采集稱為MagniVu&trade;高速采集。MagniVu在以采集點(diǎn)為中心的10,000點(diǎn)記錄長(zhǎng)度采集中的定時(shí)分辨率最低為60.6 ps。MSO3000系列提供了高達(dá)121.2 ps的MagniVu定時(shí)分辨率。MagniVu采集顯示信號(hào)跳變細(xì)節(jié)，如定時(shí)分辨率較低的其它儀器看不到的毛刺。

 在圖13中，在頂部信號(hào)上升沿發(fā)生時(shí)，發(fā)生了底部信號(hào)毛刺。這可能是一個(gè)串?dāng)_問(wèn)題，但在進(jìn)行這種診斷之前還需要更多的信息。

 圖14. 導(dǎo)致毛刺的兩個(gè)LVPECL信號(hào)之間的上升沿串?dāng)_。

 圖15. 74F74 D觸發(fā)裝置。

[圖示內(nèi)容：]

D Input：D輸入

Q Output：Q輸出

Clock: 時(shí)鐘

 圖16. 根據(jù)一次采集數(shù)據(jù)，D觸發(fā)裝置看上去運(yùn)行正常。

 MSO模擬通道連接到兩個(gè)LVPECL信號(hào)上，再次啟動(dòng)MSO，查找小的不合格脈沖。這次，MSO觸發(fā)采集一個(gè)1.091 ns毛刺，MSO可以從模擬角度了解兩個(gè)LVPECL信號(hào)，如圖14所示。在另一個(gè)信號(hào)上發(fā)生上升沿時(shí)，發(fā)生了模擬毛刺。大多數(shù)模擬毛刺低于LVPECL邏輯門(mén)限，但有些毛刺越過(guò)了邏輯門(mén)限，被視為邏輯錯(cuò)誤，如顯示畫(huà)面左邊頂部波形上的毛刺。

 MSO提供了明顯的優(yōu)勢(shì)，可以同時(shí)捕獲信號(hào)的數(shù)字特點(diǎn)和模擬特點(diǎn)，以時(shí)間相關(guān)的方式顯示這些特點(diǎn)，了解數(shù)字信號(hào)的信號(hào)完整性。這些毛刺的根本原因在于兩個(gè)LVPECL信號(hào)之間的上升沿串?dāng)_。LVPECL上升沿跳變驅(qū)動(dòng)起來(lái)比下降沿更難、更快。結(jié)果，上升沿會(huì)比下降沿產(chǎn)生明顯多得多的串?dāng)_。這個(gè)采集中沒(méi)有下降沿串?dāng)_跡象。

 非單調(diào)邊沿和建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)

在本例中，我們檢驗(yàn)TTL 74F74 D觸發(fā)裝置操作。D觸發(fā)裝置時(shí)鐘上升沿把D輸入加載到Q輸出上，如圖15所示。例如，如果D輸入在時(shí)鐘上升沿上為高，那么Q輸出為高。

 圖16顯示MSO觸發(fā)時(shí)鐘上升沿，這是底部波形。D觸發(fā)裝置數(shù)據(jù)輸入是中間波形，Q輸出是頂部波形。數(shù)字通道標(biāo)上OUT、DATA和CLK，可以輕松地識(shí)別每個(gè)波形。

 圖17. MSO捕獲727.3 ps的時(shí)鐘毛刺。

 圖18. 非單調(diào)時(shí)鐘上升沿導(dǎo)致的時(shí)鐘毛刺。

乍一看，一切正常，輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿之后出現(xiàn)在輸出上。通過(guò)MSO4000系列60.6 ps的高分辨率MagniVu定時(shí)采集技術(shù)，可以明顯看到D觸發(fā)裝置的傳播延遲。

時(shí)鐘的正脈寬是7.455 ns，MSO觸發(fā)功能配置成查找<6.40 ns的不合格的時(shí)鐘脈沖。圖17顯示MSO觸發(fā)正常時(shí)鐘脈沖前時(shí)鐘信號(hào)上的727.3 ps毛刺。模擬通道連接到時(shí)鐘信號(hào)上，進(jìn)一步了解這個(gè)毛刺，再次啟動(dòng)MSO。圖18顯示MSO觸發(fā)時(shí)鐘毛刺，MSO可以查看導(dǎo)致毛刺的事件的模擬特點(diǎn)。時(shí)鐘上升沿是不單調(diào)的。使用MSO光標(biāo)，確定毛刺中間的時(shí)鐘電壓是2 V，把光標(biāo)向右移大約500 ps，時(shí)鐘電壓下降到1.76 V。這個(gè)電壓下跌導(dǎo)致邏輯狀態(tài)有很短的一段時(shí)間從邏輯值高變成邏輯值低，然后時(shí)鐘信號(hào)的電壓持續(xù)提高。

74F74規(guī)范的最大低電平輸入電壓是0.8 VIL，最小高電平輸入電壓是2 VIH。上升時(shí)間慢的時(shí)鐘信號(hào)或VIL和VIH之間的非單調(diào)操作會(huì)導(dǎo)致不確定的D觸發(fā)裝置行為。根據(jù)這一采集，非單調(diào)時(shí)鐘邊沿似乎沒(méi)有導(dǎo)致任何問(wèn)題。檢驗(yàn)報(bào)告中指明了非單調(diào)時(shí)鐘邊沿，下一步是檢驗(yàn)Q輸出操作。

Q輸出只應(yīng)在輸入變化時(shí)才變化，變化只應(yīng)發(fā)生在上升沿+D觸發(fā)裝置傳播延遲處。時(shí)鐘的固定周期為20 ns。因此，Q輸出的任何脈沖寬度不應(yīng)<20 ns，因?yàn)镼輸出只應(yīng)在相距20 ns的時(shí)鐘上升沿上變化。MSO配置成觸發(fā)<19.2 ns的Q輸出脈寬。

 圖19. D觸發(fā)裝置Q輸出錯(cuò)誤。

 圖20. D觸發(fā)裝置Q輸出錯(cuò)誤，包括模擬特點(diǎn)。

 圖21. D觸發(fā)裝置Q輸出在時(shí)鐘上升沿前4.488 ns建立時(shí)間處正確運(yùn)行。

 圖19顯示MSO捕獲了一個(gè)<19.2 ns的Q輸出脈寬。注意，這個(gè)Q輸出小于時(shí)鐘周期。波形分析結(jié)果顯示，在發(fā)生時(shí)鐘上升沿時(shí)，D輸入為高。Q輸出從低到高跳變是正確的，但在D觸發(fā)器操作中，后面的從高到低跳變發(fā)生錯(cuò)誤，因?yàn)樘兣c時(shí)鐘上升沿?zé)o關(guān)。

 模擬通道連接到Q輸出上，可以進(jìn)一步了解問(wèn)題，如圖20所示。Q輸出模擬信號(hào)開(kāi)始提高，但之后不久下降。注意Q輸出模擬信號(hào)沒(méi)有達(dá)到正常模擬邏輯值高就回降了。

 根據(jù)過(guò)去的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，這可能是D輸入相對(duì)于時(shí)鐘邊沿的建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)導(dǎo)致的亞穩(wěn)定毛刺。

 在圖20中，使用光標(biāo)測(cè)得的D輸入的建立時(shí)間是4.188 ns。這個(gè)建立時(shí)間是74F74的2 ns最小建立時(shí)間指標(biāo)的兩倍。但是，74F74沒(méi)有正常運(yùn)行，因?yàn)镈輸入在時(shí)鐘邊沿前4.188 ns變化。

 把MSO觸發(fā)變成捕獲建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)，以確定這個(gè)74F74正確運(yùn)行需要多少建立時(shí)間。圖21顯示上升的D輸入與時(shí)鐘上升沿之間的建立時(shí)間為4.488 ns時(shí)，Q輸出正常運(yùn)行。其它采集表明，在建立時(shí)間小于等于4.188 ns時(shí)，Q輸出偶爾會(huì)有毛刺。

 圖22. MSO觸發(fā)采集光標(biāo)&rsquo;a&rsquo;和&rsquo;b&rsquo;之間建立時(shí)間/保持時(shí)間窗口中的D觸發(fā)裝置數(shù)據(jù)變化。

然后，我們檢查D輸入，確定建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)。MSO建立時(shí)間/保持時(shí)間觸發(fā)配置成建立時(shí)間2 ns、保持時(shí)間1 ns，以在時(shí)鐘上升沿周圍的數(shù)據(jù)有效窗口中檢查D輸入變化。

 圖22顯示了一個(gè)嚴(yán)重的D輸入建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)。光標(biāo)&lsquo;a&rsquo;位于時(shí)鐘上升沿前最小2 ns的建立時(shí)間處，光標(biāo)&lsquo;b&rsquo;位于時(shí)鐘上升沿后最小1 ns的保持時(shí)間處。在時(shí)鐘上升沿周圍這3 ns的數(shù)據(jù)有效窗口中，D輸入必須穩(wěn)定。規(guī)范沒(méi)有規(guī)定D輸入在數(shù)據(jù)有效窗口中變化時(shí)，D觸發(fā)裝置正確工作。

 在檢驗(yàn)過(guò)程的這個(gè)點(diǎn)上，D觸發(fā)裝置操作及其信號(hào)有三個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是時(shí)鐘上升沿不單調(diào)。必需重新設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，以獲得更好的上升沿。第二個(gè)問(wèn)題是74F74在D輸入建立時(shí)間為2 ns &ndash; 4.188 ns時(shí)不能正確運(yùn)行，這可能與時(shí)鐘上升沿差或74F74不滿足規(guī)范有關(guān)。第三個(gè)問(wèn)題是D輸入建立時(shí)間/保持時(shí)間違規(guī)。必需重新設(shè)計(jì)D輸入電路，以便其在時(shí)鐘邊沿建立時(shí)間/保持時(shí)間窗口中不會(huì)變化。

 圖23. 檢驗(yàn)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出范圍。

[圖示內(nèi)容：]

Test Signal: 測(cè)試信號(hào)

Acquisition System: 采集系統(tǒng)

3F hex: 十六進(jìn)制值3F

Signal Conditioning: 信號(hào)調(diào)節(jié)

00 hex: 十六進(jìn)制值00

ADC Input: ADC輸入

Digital Bus: 數(shù)字總線

Bus Clock: 總線時(shí)鐘

  使用Wave Inspector&reg;迅速檢驗(yàn)ADC輸出

在本例中，我們使用固定的測(cè)試斜波信號(hào)檢驗(yàn)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出范圍。傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一條模擬信號(hào)調(diào)節(jié)電路，它把信號(hào)輸送到一條20 MS/s、6位模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)中。ADC 6位數(shù)據(jù)總線在ADC時(shí)鐘下降沿處有效。采集系統(tǒng)輸入上的測(cè)試斜波信號(hào)應(yīng)生成一個(gè)十六進(jìn)制為00 &ndash; 3F的ADC取值范圍。

 MSO模擬通道連接到信號(hào)調(diào)節(jié)輸出上，信號(hào)調(diào)節(jié)輸出也是ADC輸入，這可以迅速檢查信號(hào)調(diào)節(jié)輸出和ADC輸入信號(hào)。MSO數(shù)字通道0連接到ADC時(shí)鐘輸出上，數(shù)字通道1-6連接到ADC 6位數(shù)據(jù)總線上，如圖23所示。MSO設(shè)置成觸發(fā)ADC輸入信號(hào)的上升沿。

 圖24. MSO觸發(fā)到ADC輸入的上升沿，Wave Inspector放大信號(hào)，以便可以輕松看到并行總線解碼十六進(jìn)制。測(cè)試斜波信號(hào)位于通道1上。顯示畫(huà)面底部是數(shù)字通道0上的ADC時(shí)鐘。ADC數(shù)字輸出總線信號(hào)1-6位于時(shí)鐘波形上方。ADC數(shù)字信號(hào)劃分到顯示畫(huà)面中心的時(shí)鐘輸入并行總線內(nèi)。

 圖25. Wave Inspector搜索功能在測(cè)試信號(hào)波谷中沒(méi)有找到任何十六進(jìn)制00。

 圖24顯示MSO在到ADC輸入的上升沿處觸發(fā)。泰克MSO系列獨(dú)有的功能Wave Inspector&reg;用來(lái)在觸發(fā)點(diǎn)周圍放大20倍，可以輕松看到并行總線解碼值。ADC數(shù)據(jù)在時(shí)鐘下降沿處穩(wěn)定，MSO解碼時(shí)鐘下降沿處的總線值。因此，在ADC數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)，并行總線在時(shí)鐘下降沿處更新。

 MSO強(qiáng)大的觸發(fā)功能可以找到信號(hào)問(wèn)題，觸發(fā)并行或串行總線內(nèi)容，把采集重點(diǎn)放在問(wèn)題區(qū)域上。但是，在采集數(shù)據(jù)后，將不再應(yīng)用采集。手動(dòng)搜索長(zhǎng)記錄長(zhǎng)度可能會(huì)非常耗時(shí)，而且很麻煩。10 M點(diǎn)的波形記錄相當(dāng)于9,700多屏全部分辨率數(shù)據(jù)。如果速度是每秒滾動(dòng)一個(gè)全部分辨率屏幕，那么這需要超過(guò)2小時(shí)40分鐘才能滾動(dòng)完10 M點(diǎn)的波形。而使用Wave Inspector搜索及標(biāo)記10 M點(diǎn)記錄的6位數(shù)據(jù)總線采集，只需要大約30秒的時(shí)間。一旦找到和標(biāo)出數(shù)據(jù)，那么只需按前面板上的Previous和Next箭頭鍵，就可以在發(fā)生的事件之間轉(zhuǎn)換。另外還可以搜索觸發(fā)類型，如邊沿、脈寬、欠幅脈沖、建立時(shí)間/保持時(shí)間、邏輯、上升時(shí)間/下降時(shí)間和總線數(shù)據(jù)值。

 圖25顯示W(wǎng)ave Inspector搜索ADC并行總線中的十六進(jìn)制值00，其應(yīng)該位于每個(gè)測(cè)試斜波信號(hào)的波谷。但顯示畫(huà)面頂部沒(méi)有白三角形標(biāo)記，畫(huà)面底部的搜索事件讀數(shù)顯示為零，這些都表明沒(méi)有找到十六進(jìn)制值00。沒(méi)有十六進(jìn)制值00意味著ADC沒(méi)有看到與十六進(jìn)制00對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓。采集系統(tǒng)模擬信號(hào)調(diào)節(jié)電路沒(méi)有正確處理測(cè)試斜波信號(hào)的最小波峰，與ADC最小輸入電壓相匹配，以便ADC生成十六進(jìn)制值輸出00。

 圖26. Wave Inspector總線搜索功能在測(cè)試信號(hào)波峰找到太多的十六進(jìn)制值3F。

 圖27. Wave Inspector導(dǎo)航功能跳到測(cè)試信號(hào)波峰標(biāo)記的十六進(jìn)制3F上。

 圖26顯示W(wǎng)ave Inspector搜索ADC最大輸出十六進(jìn)值3F。Wave Inspector的總線搜索功能找到18個(gè)事件。這些事件分成三組搜索標(biāo)記，這些標(biāo)記位于測(cè)試斜波信號(hào)波峰上。但每個(gè)波峰有多個(gè)十六進(jìn)制3F，而每測(cè)試信斜波信號(hào)波峰上本應(yīng)只有一個(gè)十六進(jìn)制3F。

 圖27顯示使用Wave Inspector右箭頭導(dǎo)航鍵，從圖26的觸發(fā)位置跳到觸發(fā)右面標(biāo)記的第一個(gè)3F事件上。注意在MSO顯示畫(huà)面中心，ADC輸出總線數(shù)據(jù)是37、38、39、3A、3B、3C、3D、3E和六個(gè)十六進(jìn)制值3F。正確操作是在測(cè)試斜波信號(hào)波峰上有一個(gè)十六進(jìn)制3F。

 ADC輸入測(cè)試斜波信號(hào)削波的頂部可能已經(jīng)生成多個(gè)十六進(jìn)制3F，但模擬通道ADC輸入波看上去很好，其在測(cè)試斜波信號(hào)波峰上沒(méi)有削波或失真。相反，測(cè)試斜波信號(hào)波峰上的多個(gè)十六進(jìn)制3F表明，模擬信號(hào)超過(guò)了ADC最大輸入電壓。信號(hào)調(diào)節(jié)處理的測(cè)試斜波信號(hào)超過(guò)了ADC最大輸入電壓，處理的信號(hào)沒(méi)有達(dá)到ADC最小輸入電壓。為解決這個(gè)問(wèn)題，需要調(diào)節(jié)采集系統(tǒng)信號(hào)調(diào)節(jié)偏置和增益。注意在圖27的左下角上，ADC輸入波形最大值是1.871 V，最小值是854.1 mV。信號(hào)調(diào)節(jié)電路偏置和增益需要同時(shí)降低這兩個(gè)值，才能正確運(yùn)行。

 圖28. 每個(gè)斜波波峰上有一個(gè)十六進(jìn)制3F，運(yùn)行正常。

 圖29. 每個(gè)斜波波峰上有一個(gè)十六進(jìn)制00，運(yùn)行正常。

 圖28顯示調(diào)節(jié)采集系統(tǒng)模擬信號(hào)調(diào)節(jié)增益和偏置，為ADC提供正確處理的測(cè)試斜波信號(hào)。在信號(hào)調(diào)節(jié)后，ADC輸入波形的最大值從1.871 V下降到1.838 V?，F(xiàn)在，在測(cè)試斜波信號(hào)的每個(gè)波峰只有一個(gè)十六進(jìn)制3F，與預(yù)期相符。ADC的最大輸入正確運(yùn)行。

 在圖28中，可以輕松看到這一采集中的ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間。ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間是從模擬輸入波峰到十六進(jìn)制3F出現(xiàn)在ADC輸出時(shí)的時(shí)間周期。

 圖29顯示W(wǎng)ave Inspector搜索十六進(jìn)制值00，這個(gè)值應(yīng)該位于斜波信號(hào)的每個(gè)波谷中。共找到三個(gè)十六進(jìn)制00，測(cè)試斜波信號(hào)的每個(gè)波谷上有一個(gè)十六進(jìn)制00，與預(yù)期相符。最后，可以使用Wave Inspector左導(dǎo)航箭頭鍵，跳到左面第一個(gè)標(biāo)記的十六進(jìn)制值00上，檢查測(cè)試斜波波谷上的ADC總線細(xì)節(jié)，如圖29所示。在數(shù)量下降到最小的十六進(jìn)制值00及在最小值之后數(shù)量上升時(shí)，采集系統(tǒng)正確運(yùn)行?？偩€值保存到.CSV文件中，與Microsoft Excel進(jìn)行對(duì)比，確定是否有值漏掉或重復(fù)。

 在本例中，MSO數(shù)字通道解碼成時(shí)鐘輸入總線，使用Wave Inspector迅速找到或沒(méi)有找到ADC總線最大值和最小值。我們可以迅速確定問(wèn)題的根源是模擬信號(hào)調(diào)節(jié)電路。

 小結(jié)

對(duì)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)中數(shù)字電路、模擬電路和軟件復(fù)雜的交互特點(diǎn)的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，泰克MSO系列示波器具有重要意義，其不僅提供了基本邏輯分析儀功能，還提供了示波器的簡(jiǎn)便易用性，并擁有完善的工具，包括強(qiáng)大的數(shù)字觸發(fā)功能、高分辨率采集功能和內(nèi)置分析工具，可以迅速檢驗(yàn)和調(diào)試數(shù)字電路。

MSO系列提供了多種型號(hào)，可以滿足您的需求和預(yù)算：