原创 TDS3000B数字荧光示波器可胜任数字电路排障工作的变化需求

数字电路已无处不在……
　　数字电路曾一度仅局限在价格昂贵的高端产品中使用，而今却已成为大部分电子设计的主流。从玩具、家用电器到汽车，数字电路已在各种产品中被广泛使用。但随着这些应用的推广，数字电路的排障工作也给我们带来新的挑战，必须使用得力的测试工具予以攻克。
　　当今，从事家用和工业电子产品开发的工程技术人员所面临的排障任务变得日益复杂和紧迫。新型数字设计往往使设计人员面临急待发现并解决的各种问题：如竞态状态、瞬态信号、信号畸变、总线争用等。同时，他们还需承受产品尽快上市的时间压力，这些现实问题都要求工程技术人员迅速、准确地排除故障。
　　工程技术人员在这种情况下需要的是得力的测量仪器和排障工具，特别是能够满足新式数字密集型产品挑战的示波器。不仅仅只是基本带宽的问题，这样的示波器还必须帮助工程师快速的解决问题。换而言之，这些示波器必须首先确定问题的存在，接着准确地捕获问题，分析问题，并确定问题出现的根源。

应用说明

TDS3000B数字荧光示波器系列使数字排障工作变得简单
　　TDS3000B系列数字荧光示波器（DPO）为数字排障工作增添了多项重要的新功能。TDS3000B的数字荧光技术能力高超能以实时亮度层次细节捕获并准确显示数字信号和间歇故障，与模拟示波器不相上下。获有专利的WaveAlert^TM波形异常检测功能为TDS3000B示波器所独有，它增强了用户在寻找遁迹潜形的间歇事件方面的能力，而这正是消除排障工作中疑难问题的关键所在。WaveAlert可在所有通道上监测进来的信号，若有任何波形出现偏离“正常”输入的情况，用户立刻会得到警报。用户可全面控制WaveAlert对信号变化的敏感度，并可从数项操作中选择TDS3000B在发现问题时所应采取的行动。例如：
　　停止捕获
　　以声音报警
　　打印有问题的波形
　　将有问题的波形存入磁盘

　　TDS3000B系列的带宽（各型号不等，从100MHz至500MHz）可为检测今天的各种商用微处理器提供充足的使用空间。

　　WaveAlert^TM波形异常检测技术基础
　　WaveAlert^TM的功能建立在一项关键的技术既泰克公司数字荧光示波器专利的结构体系之上，它能连续记录屏幕上的每一个像素。也就是说，每一像素都有“历史记录”，可用来确定其亮度是持续的（如果轨迹再次穿过该像素的话），还是随每次相继捕获作业而逐渐暗淡。WaveAlert技术可检测并突出显示像素自上次捕获以后出现的新情况，从而发现用其它方法无法检测的异常事件。用户可决定像素的数量，并在此限量基础上WaveAlert技术的响应时间。

　　在任何测量过程中，将信号接入示波器是重要的第一步。TDS3000B通过通用的TekProbe接口将性能一直延伸到受测设备。该接口可与各种有源高频探头、电流探头和差分探头匹配使用。
　　借助DPO的实时亮度层次显示发现数字设计的问题之后，工程师便可使用TDS3000B的各种高级触发功能隔离故障，并追溯问题的根源。用户可通过一个可自行安装的模块（部分示波器为选件）在TDS3000B上添加各种高级触发功能其中包括：欠幅脉冲触发、状态触发和脉冲宽度触发等。

要先发现问题，才能解决问题
　　许多示波器在性能和功用方面跟不上数字技术的发展。这里，我们以-个常见的数字设计问题为例，即对电路作业有影响、既一个偶发的瞬态窄信号。在碰到这种异常时，模拟示波器无法以足够的亮度予以显示，并且易出现闪烁，亮度较强的主波形使之模糊不清。更糟糕的是，模拟示波器根本不具备波形储存和分析功能，也无法单独捕获出现的毛刺。相比之下，数字存储示波器（DSO）虽然可以捕获这种瞬态事件，但不能以实时显示，所以不能与主要的重复波形分开。因此瞬态事件看上去好象主轨迹一样经常出现。
　　TDS3000B数字荧光示波器（DPO）为数字示波器提供新的第三维显示。首先，其波形捕获速率比性能相同的数字存储示波器（DSO）快五十倍，这一速率在查找瞬态信号时非常有利。另外数字荧光示波器（DPO）的捕获系统大部分时间都处于有效使用状态，故捕获到毛剌和不寻常事件的机会也高出几百倍。
　　其次是TDS3000B的实时亮度层次显示可随信号活动“历史记录”的积累显示信号细节。数字荧光显示可使用户更容易了解捕获到的瞬态事件的特点。这种显示功能可在信号轨迹相交较频繁之处加强亮度，就象模拟示波器-样。与连续重复的主波形相对照，不寻常的瞬态信号较暗，但仍能看见且可区分开来。同时，用户还可察看瞬态信号的实时变化。如果与DP0一起使用，TDS3000B的WaveAlert波形异常检测功能则可使用户更容易地看到这些变化情况。
　　图2是一个典型的DSO显示，请将其与图3的DPO显示相比，亮度的灰度显示可帮助用户理解在电路中都发生了什么情况。

将数字荧光示波器（DPO）的性能扩展至被测装置
　　数字测量中经常被忽视的一方面是示波器探头对信号的影响。对于数字电路的高速测量工作而言，选择适当的探头非常重要，不仅可最大限度地减少电路负载，而且可保证信号不因探头而出现失真。

　　随着时钟速度和快沿速率的提高，一般的无源探头便开始显示出其自身的弱点，如：信号变形、在阶跃信号上出现过冲、边沿延迟等。此外，无源探头还会降低电路负载，检测到的“问题”并非真正的问题，而毛刺或迟沿等问题却没有发现。
　　往往最佳的解决方案是使用有源探头。有源探头或FET探头在端头内有一缓冲电路，可将探头电缆和示波器输入信号的电感和电容效应与信号相隔离。有源探头需要的直流电由TDS3000B自身的探头接口直接提供。
　　在用TDS3000B示波器进行高速数字测量时，建议使用P6243有源探头。在与TDS3054B示波器一起使用时，P6243有源探头可提供500MHz的系统带宽。TekProbe接口可确保P6243和其它兼容型有源探头的正确读数。P624341前的输入电容可将负载保持在最低，其小型外形尺寸也适合连接极小的表面贴装器件（SMD）。

触发有助于隔离违规信号
　　一系列的触发选择对于排障工作必不可少。TDS3000B提供的高级触发套件（选用项）使示波器基本的边沿触发和视频触发得到补充。新增加的触发功能包括：状态、脉冲宽度欠幅脉冲、转换速率等。有了适当的触发设置，用户便能迅速地隔离问题，并对问题的根源进行分析。
　　竞态状态是新型数字设计中常见的情况，特别是在时钟速度不断提高而定时容限日益接近|陆界的形势下尤其突出。瞬态信号是竞态状态产生的结果，这种脉冲信号比电路中携带数据的正常信号窄得多。大多数数字系统对有效数据都有最低脉冲宽度的限定，因此在出现窄于规格的脉冲时必须将其消除。在查找瞬态信号时，TDS3000B脉冲宽度（PW）触发功能是用户所需的理想工具。




　　如上所述，用户可通过脉冲宽度（PW）触发功能设置信源、极性（斜率）和电平。此外，该触发系统还提供有“触发时间”（Trigger When）菜单，用户可从四个定时条件中选取所需的条件。这四个定时条件为：LessThan（指定的脉冲宽度）、GreaterThar1、Equal和Not Equal（即小于、大于、等于不等于）。以Less Than条件为例，触发时示波器可显示窄于规格的脉冲。图4所示即这种脉冲。
　　状态触发最适合用于跟踪那些由于出现“时钟”脉冲而产生（或应该产生）的事件。状态触发系统可帮助用户确认同步信号上的数据是否以正确的顺序到达。该触发系统监测两个输入，即状态（或数据）输入和时钟（不一定非是进钟脉冲，只要是能使数据移动到设备里的跃迁信号均可）。例如，图5中的Write Enable（WE）信号就可作为“时钟”使用。TDS3000B此时的设定为：当Data为真（1）以及Write Enable从0跃迁至1时则触发。Data信号有效时是否出现了Write Enable？此例中，答案是肯定的。Write Enable的到达引起示波器检查该Data输入，因为在WE跃迁时发现该Data有效。仪器此时便开始触发并显示这两个信号。
　　当两个I/O设备同时试图在总线上发送数据肘，就会产生错误状况。其中一个发射器可能强行出“1”，而另一个则打“O”这种总线争用之常见结果是一种“欠幅”脉冲，即非1非0的混淆信号。与上述逻辑信号问题不同的是，这种欠幅脉冲属于振幅问题，并非定时问题。
　　TDS3000B的欠幅脉冲触发功能能够立即检测到衰减信号。它寻找的脉冲是那些能穿过两个阈电平第一个阀值，但无法穿过第二个阈值的脉冲。例如，我们可以设想为检测GP旧总线上的总线争用问题而进行设置。第一个阈值设在800毫伏，第二个闹值设在280伏。阈值可设定为检测正向脉冲或负向脉冲，二者必居其一。同时还可界定脉冲宽度条件。图6所示为捕获结果。用户可通过这一触发方法在劣质脉冲上触发，然后用第二个通道查找造成劣质脉冲的逻辑条件。

关键测量中的语音控制
　　在节距细小的部件上同时探接多个测量点通常意味着要使用两个或更多的探头在几个关键位置上进行定位，探头端头稍有滑动都可能会造成不正确的测量结果，甚至损坏受测部件。-旦固定好探头后，测试人员就很难放开手去调整示波器，有时甚至无法转过头去察看屏幕上的结果。探头定位设备不仅价格昂贵，而且在设置上也相当费时，在狭窄的空间里定位更谈何容易。依靠同事帮助调整示波器设定值的做法也不是符合成本和时间效益的解决方案。
　　泰克公司开发的VocalLink^TM软件可使您在用手保持探头连接的同时用语音命令控制示波器。用户可通过语音命令指示示波器改变设定值和测量参数。系统在执行命令后还能以声音提供反馈，让您如晓。VocalLink软件还能以声音反馈来报告测量结果，以便您不必因需要察看屏幕上的结果而中断测量。VocalLink软件采用了一种可滤除背景噪音的特制麦克风，反馈则通过舒适的头戴式耳机传送，这样即使在喧嚣吵闹的环境中亦可静心地做您的测量。




结论
　　当今的数字电路给传统式则量工具带来了多方面的挑战，时钟速度、电路密度以及功能上的复杂程度都在日新月异，不断升高。但令用户欣喜的是，泰克公司的TDS3000B系列数字处理示波器跟上了发展的需要，与VocalLink语音控制软件结合后尤其如此。凡是有需要数字测量的领域，TDS3000B都可简化用户在设计和排障方面的工作。