杜吉伟(整理) 安捷伦科技
长期以来，数字设计人员一直将示波器作为进行调试的首选工具。对于大多数工程师来说，由于时间急迫、预算紧张和竞争压力大等问题，使他们的工作时间都变得很长，并且长期处于需要快速开发出新产品的压力之下。由于开发中的产品存在大量问题需要调试，多功能示波器能够提供更快的分析速度来缩短开发周期，并协助生产出更高质量的产品。安捷伦科技最近在示波器原有硬件基础上进行创新设计，推出MSO9000系列产品，集三种仪器功能集于一身：示波器功能、逻辑分析功能和协议分析功能。那么，该三合一仪器与传统的示波器外加单独的协议分析仪组合方案相比，有哪些优点和不足呢？
示波器技术的发展催生了一类新型示波器的产生，它们具有极深的存储器、极快的采样速度、并且易于使用。例如，每通道具有 1G 点存储器的示波器在采样时，能以100 ps的采样分辨率(即10GSa/s 的采样率)连续捕获 100 ms 的信号。这种实时示波器能够出色地分析高速串行总线，例如 USB 2.0 或 PCIe。另外，它们也可以调低采样率，捕获较低速率串行总线（例如 I2C、SPI、JTAG、RS-232、CAN 或 FlexRay）。10 M 点存储存储深度的示波器，在100ns的采样分辨率(即10MSa/s 的采样率)下，能够在实时捕捉 1 秒的I2C 总线数据流。
为提高调试效率，MSO/DSO9000系列示波器采用创新性的硬件架构，它在示波器的前端输入电路和触发电路之间加入了一个芯片，对特定串行总线提供实时时钟恢复，并检测串行数据包结构，将串行数据包内容馈送到示波器的触发电路，从而使得示波器可基于串行总线协议实现硬件触发。用户能够设置特定的协议触发条件，MSO9000示波器通过硬件来确定何时进行触发，并执行重复测量或单次测量。
安捷伦集中最优秀的硬件工程师，采用最先进的芯片技术，在MSO/DSO9000上实现协议分析集成电路，对各种串行标准，用硬件实现触发,并将示波器的协议分析能力从低速串行总线（如 RS-232）扩展到480Mbps的USB2.0, 2.5Gbps的PCI-E串行链路（如 图 1 所示）。
图 1. Agilent Infiniium MSO/DSO9000 系列示波器使用户能够将它升级为具有协议分析能力的协议分析仪，协议应用软件包括协议硬件触发和协议查看分析功能。
此外，无论是通过硬件还是软件来实现，示波器原理上都可以提供串行数据包的解码，并和信号波形时间相关地显示。对大多数示波器来说，这样做需要执行一些后期处理工作，因而对示波器处理波形的能力带来负面影响。Infiniium MSO/DSO9000系列示波器使用硬件代替软件来执行串行协议触发，大大加快了处理速度和更新速率，最大限度地缩短示波器各次采集间的死区时间。如果您只是验证没有偶发故障的电路，用软件还是硬件来触发都是无所谓的，因为您不关心下一次有故障时,示波器触发和采集不到，但是如果您要使用示波器进行实时查看异常，这种基于硬件实现的触发无疑是最理想的工具。
协议分析还需要另外一个属性，亦即，大显示屏。更大的显示屏使您能够更清楚更全面地查看串行信号协议，甚至可以和外置PC 显示器相媲美。如图 2 所示，Agilent MSO/DSO9000 系列示波器采用 15 英寸内在显示屏，具有足够的显示空间，在波形下面显示串行解码结果的同时，在屏幕下半部分用一个列表窗口来显示协议分析结果。串行协议能够采用多种方法从示波器导出，可以是 .csv 等文件格式，也可以是图形文件格式。
图 2. 三合一仪器(示波器、逻辑分析仪、协议分析仪)：内置 USB2.0、I2C、RS-232、SPI、CAN、FlexRay 和 PCI Express 总线逻辑和协议分析功能的唯一示波器。所有型号均配有 15 英寸内在显示屏，并且重量轻、深度浅、易于携带。
哪些人员需要使用示波器进行协议分析？
示波器的协议分析旨在扩展示波器的调试功能，并非要取代传统的协议分析仪。以示波器为基础的协议分析主要是针对那些经常使用示波器进行调试的工程师。如果示波器是您的首要调试工具，这种以示波器为基础的协议分析无疑可以极大地扩展您的调试能力。您无需再去寻找其他的测试设备，协议分析为将示波器扩展到另一个技术领域，与传统的协议分析仪相比，具有以下优点：
何时与传统协议分析仪结合使用？
如果您不是常常使用示波器，那么传统协议分析仪也许是您更好的选择，不和硬件设计打交道的工程师一般更原意使用协议分析仪，与示波器相比，串行总线专用协议分析仪，具有几大优势：
以前您可能未涉足的领域：高速串行协议分析
在对象 PCIe这样的高速串行总线进行协议分析时，使用哪种工具是一个没有明确答案的问题。很难找到合适的传统协议分析仪，而且其价格也愿比在现有示波器上增加一个选件昂贵得多。PCIe 协议分析仪也是专门为计算机系统相关应用而定制，通常支持多个通道(lane)，而且包括训练器/激励功能。
随着高速串行总线（例如 PCIe，USB2.0） 进入嵌入式市场，设计团队往往发现示波器是调试用的首选仪器。总线速度的提升，也提高了发生物理层信号完整性问题的几率，这些问题亟待解决，因此设计团队可能已经拥有或需要添置一个全新高速示波器，而且通常也愿意以2000 美元左右的成本价为示波器添加 PCI 协议分析能力。这种以示波器为基础的协议分析功能与价格是其 10 倍的传统协议分析仪的功能非常相似，而且即使在链路正在进行训练及其进入和退出空闲状态时，MSO/DSO9000协议分析选件仍然可提供分析。
PCIe 仅仅是众多高速串行总线中的一个实例，这些总线使用 8B/10B直流平衡编码以实现“1”和“0”的个数差的限制（bounded disparity），保证状态(1和0)变化要足够频繁一般时钟恢复电路能正常工作。许多设计团队，特别是使用 FPGA 的设计团队都使用自己特有的 8B/10B 轻量级(或轻型)协议，或使用现成工具不支持的标准。Agilent MSO/DSO9000示波器可提供通用的 8B/10B 协议解码能力，使用户能够以2进制或16禁制进行触发和解码。
MSO/DSO9000A系列示波器用硬件实现日益复杂的协议触发能力，并作为选件而存在。随着嵌入式设计开始部署Gbps串行链路，选择传统的协议分析仪还是选择具有协议分析能力的通用示波器更加让人难以抉择。在进行选择时，首先要向自己提出以下问题。哪种工具是我执行调试时的首选工具？我是否具有在物理层和协议层进行调试的潜在需求？如何针对特定串行总线测量需求来评估示波器的协议分析能力？你需要基于硬件实现的串行信号触发功能，还是根本没有实时调试的需求？
硬件实现串行协议触发：并没有在所有的示波器上实现
对串行协议用硬件实现触发，对于实时调试故障非常重要，但这里为了防止误导大家，作一下澄清，不是所有的示波器用硬件实现串行协议触发，而且即使用了硬件实现，也不一定是针对所有的串行总线，这里牵涉到研发平台、成本和上市时间多方面的考虑，至截稿之日为止，下面的信息可供大家参考：
更多关于数字测量方面的技术文章和方案,可访问http://www.agilent.com.cn/find/ADMF
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