原创 史上最强的第四代示波器WavePro 7Zi述评之六-超牛的TriggerScan（1）

  史上最强的第四代示波器WavePro 7Zi述评之六

                           —— 超牛的TriggerScan，没有找不到的异常信号

                                   汪进进  美国力科公司深圳代表处

 “今天您Scan了吗？”  力科第四代示波器带您进入Scan时代！ 第四代的最大特征是有Double Scan功能——TriggerScan and WaveScan。

  TriggerScan是力科的又一创新，是力科对示波器行业的又一贡献，它不但打破了DPX的神话，而且为工程师提供了一种更实用的调试工具。

 很多时候工程师知道电路中有问题，并猜想问题最有可能出在哪里，譬如时钟信号可能会出现毛刺。他有一种本能的冲动要找出支持他这个猜想的证据来。 于是他开始寻找。 有种最老土的方法是，不断地捕获波形，然后Stop，展开，平移，展开。 一位工程师曾告诉我他用这种方法花了整整半天时间找到IGBT的驱动信号上有异常。 这种方法需要工程师有神仙推石头的耐心，而且极有可能无功而返！ 我们深味工程师这种寻找的冲动是对示波器查找异常信号功能的一种迫切需求，我们一直在努力地满足这种需求。力科在不断发明一些查找异常信号的功能就是在持续地更深程度地满足这种需求。力科在很多年前发明的模拟余辉功能就是一种帮助查找异常信号的功能，后来力科又发明的顺序模式也是为满足这种需要。此外，力科还有自动保存波形功能，通过/失败测试功能，WaveStream功能，WaveScan功能，眼图模板失败定位功能，抖动追踪功能，各种触发功能等等都是在不断创新地满足这种需求。我们将在以后的Weekly technical document中对这些查找异常信号的不同调试手段逐一介绍。 大家要知道，这些功能要么是力科最先发明的，要么是直到现在其它示波器都还没有具备的独特性功能。 （很多熟悉力科示波器的独特功能的工程师都认为力科太低调了，没有将这些独特性宣传到位！）

曾经和现在，业界一直在流传一个被广告堆起来的神话——DPX。所谓DPX就是让示波器工作在一种快刷新模式以减小示波器的死区时间从而使比较罕见的异常时间能显示出来。简单地说，它是一种快刷新和模拟余辉显示功能的结合，使示波器的波形看起来有类似于模拟示波器的显示效果。这种模式下示波器采集的数据没有经过采集存储器，直接将采样的点送到显示屏上。 这种原理决定了其终极目的只是能看看波形。虽然其可能被宣传为不只是看波形，其实只要您了解了其工作原理就知道它只是看看波形。 这种DPX神话的最大好处是波形捕获率最快可以达到250，000次以上，从而减小示波器的死区时间。  但DPX仅仅是对于非常低速的信号才有意义，我们在下面翻译的Peter的文档中举了一个例子：对于一个200MHz的时钟，如果5秒钟出现一次异常信号，用这种DPX捕获，死区时间仍达到99.8%，仍需要45分钟甚至2.8小时才能捕获到这种异常信号。但是如果用力科的TriggerScan功能，只需要量15秒就可以捕获到这种异常信号。请看下面的图片。

 图1

几乎很少有工程师用过DPX功能，但对于很多外行会被这种被业内人士当作笑话来看待的DPX神话给蒙住了，特别是在铺天盖地的广告之下。 有次我们和T公司现场PK，在三道自选题的比赛中，T公司有两道题都是演示DPX。每想到此，我常不由想笑。这更增加了我对力科的信心。 当力科以各种不同的方法对信号进行庖丁解牛式的分析的时候，Tek除了演示他门的DPX，似乎没有更多可以Show的地方了！  而DPX呢？ 上面的例子让您知道这是何等被放大了的广告神话！ 

我想，还是让Peter来理性表达更有说服力吧。我下面摘录了我翻译的Peter的技术文档《TriggerScan》。(有很多年没有翻译文章了，翻译对我真是吃力的事。为更好理解TriggerScan原理，建议大家阅读英文)  Peter将捕获波形的次数用公式表示出来了。这是我第一次看到的。看完之后您会明白为什么TriggerScan是更实用的工具，而DPX只是一个虚假的神话。

附：

  TriggerScan

        Peter J. Pupalaikis，美国力科公司首席科学家

 摘要

     本文比较了在调试电路中查找异常信号的几种不同方法。 介绍了一种称为TriggerScan的新方法，该方法和传统的方法相比在捕获异常信号方面有一些明显的优势。

 简介

数字示波器的一个重要应用是作为一种调试工具，因此，示波器快速查找异常事件的能力是很重要的。 这通常有两个目的：第一，找出可疑问题的证据。第二，找出可疑问题的更多信息使得能设定触发隔离出这异常信号。 通过重复地触发异常信号，在不同的电路测试点观察异常事件的行为从而甄别出原因和结果之间的相互关系。

    查找问题证据的一个很好的方法是重复地触发波形的边沿。 利用数字示波器，可以通过显示多次触发叠加的模拟余辉方式来观察。  采用这种方法，能捕获到在信号边沿上的异常信号。

异常信号甄别的传统方法

    数字示波器捕获异常信号的量化方法可以通过示波器每秒钟在屏幕上累计的异常事件的平均次数来表示。 与之相应的，是指在屏幕上看到相邻两次异常事件的平均时间。

传统方法上是触发信号的边沿，用模拟余辉方式观察叠加显示的波形，等待一段时间后期望能从累计的波形中观察到异常信号。

采取这种方法时，异常事件的捕获率与波形的边沿出现频率、示波器的刷新率和异常事件发生的统计概率等相关。

可以用下面的关系式表示：

                            图2

这意味着，如果波形的边沿出现频率不超过示波器的刷新率，那么示波器能捕获每个边沿，因此也就能捕获到每个异常事件; 当波形的边沿出现频率超过示波器的刷新率，示波器则不能捕获每个边沿，每秒捕获到的异常事件次数等于异常事件发生的概率除以边沿频率再除以示波器的刷新率。

对于这种传统的方法，当边沿出现频率小于示波器的刷新率时没什么问题，但一旦边沿频率超过示波器的刷新率时，捕获的概率就下降了。 这是为什么一些示波器厂商会创造出非常快的工作模式。 通常，这些工作模式受到各种限制因此只能起到观察叠加波形轨迹的作用。换句话说，它们通常只是提供了一张图片或仅仅是观察而已。

异常事件在时间上出现的频率和边沿上出现的频率之间存在一个有趣的关系，因为它揭示了在边沿上出现频率极少的异常可能会在时间上出现很频繁。 我们可以假设有一个200MHz的时钟信号每5秒会出现一次异常，譬如是毛刺。这表明每个边沿上的异常信号可以按下面公式计算：

                           图3

这个例子是一个相对比较频繁出现的异常信号，每5秒钟出现一次，每1billion的边沿出现一次。利用公式1，用一个每秒能刷新100,000次的示波器工作在快刷新模式，需要2.8小时。

这意味着对于每5秒出现一次的异常信号，示波器需要在等待2.8小时后才能捕获到它。

这里的问题是，传统的捕获异常信号的方法直接和刷新率成正比，但用最快的刷新模式并不是非常地快！ 或者说，它们并没有快到能解决实际问题的地步。 工程师们真正需要的是一种刷新率比传统方法快的方法。

触发系统

用边沿触发的方法查找异常信号的问题的根本原因是每次示波器通过触发边沿来捕获波形，相邻两次捕获时，有一段示波器看不到的波形被称为死区时间。 很多工程师都很惊异这个死区时间相对于示波器捕获到的时间是如此地长！ 在上面的例子中，示波器需要将近3小时才能看到5秒钟出现一次的异常信号是因为示波器只能看到边沿出现的0.2%，在快刷新模式下也有99.8%的死区时间。 在波形的每500个边沿中，示波器只能看到1个！

    我们用一种智能触发系统来解决这个问题。当设定为触发某个给定的智能触发，它将查看波形的每个边沿直到触发成功。仅仅在智能触发条件满足，示波器触发到信号的时候才有死区时间。如果设定一种智能触发方式隔离上例中的毛刺，示波器将触发每个边沿，示波器操作者将在屏幕上看到每个边沿。使用这种智能触发方法来捕获异常信号的时间可以用下面公式来表示：

                       图5

因此，在给定时间内捕获到的异常信号的次数是最大化使用触发。更进一步，正如前面简介中提到的，异常信号能被隔离出来。 因为示波器仅触发异常信号，示波器的其它通道可用来查找异常信号和电路中其它地方的信号特征之间的因果关系。

这种方法看上去很简单，但在设定触发方式上有一个很大的问题。示波器的操作者需要实现知道异常信号的特点。这通常是不现实的。

TriggerScan

至此，我们了解到有两种方法可以查找异常信号。 传统方法遭遇的困境是，即使采用快刷新模式，示波器仍然需要花费上小时的时间才能发现相对出现频率比较高的异常事件。触发系统的使用遇到的问题是，示波器的操作者必须先知道他要找的异常信号的特点。

力科发明了一种叫TriggerScan的新方法，通过智能化地使用触发系统解决了上述难题。