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引言
　　帶寬,、采樣率和存儲(chǔ)器深度是工程師選擇數(shù)字示波器時(shí)最常使用的評(píng)估指標(biāo),。波形更新率則是另一項(xiàng)重要的考慮因素,。示波器采集波形和更新顯示的速率確定了捕獲到隨機(jī)和偶發(fā)事件，例如毛刺的概率,。這篇應(yīng)用指南通過調(diào)試應(yīng)用 試圖捕獲隨機(jī)和偶發(fā)產(chǎn)生的亞穩(wěn)態(tài) 來說明波形更新率的重要性,。通過使用各種采集模式，我們比較來自三個(gè)廠家,，具有類似帶寬和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的四種示波器的波形更新率,。
　　當(dāng)您評(píng)估示波器時(shí)，其反應(yīng)能力會(huì)影響您的決定,。為正確感受示波器反應(yīng)是否敏捷,，只需探測(cè)相對(duì)快的重復(fù)信號(hào)和觀看其反應(yīng)。如果示波器的顯示更新太慢,，就會(huì)感到這臺(tái)示波器非常遲鈍,，因而極不好用。今天一些有較深存儲(chǔ)器的示波器就屬于這種情況,，因?yàn)樘幚砩?A >存儲(chǔ)器記錄而減慢了更新率,。一般來說,，如果示波器顯示達(dá)到至少每秒二十次更新,，所顯示的波形將表現(xiàn)為“實(shí)況”，并感覺示波器反應(yīng)敏捷,。但波形更新率的重要性遠(yuǎn)不止是反應(yīng)能力這一個(gè)方面,。“實(shí)況”感覺并不能說明示波器捕獲到偶發(fā)和隨機(jī)事件的概率,。
　　今天的一些示波器廠商宣稱更新率達(dá)到數(shù)十萬波形/秒的量級(jí),。但人眼并不能辨析這一量級(jí)的差別。當(dāng)您調(diào)試高速數(shù)字電路時(shí),，由于能增加捕獲偶發(fā)事件的概率,，因此示波器更新率達(dá)到這一量級(jí)至關(guān)重要。如果您要觀察的是精確重復(fù)的信號(hào)（無異常）,，那么極快的更新率并不很重要,。但當(dāng)信號(hào)并非精確重復(fù) 即有異常產(chǎn)生時(shí) 隨機(jī)和偶發(fā)產(chǎn)生的事件會(huì)使您大傷腦筋。更快的更新率能提高捕獲到難解事件的概率,，為您的調(diào)試提供幫助,。

用實(shí)時(shí)采樣捕獲亞穩(wěn)態(tài)
　　圖1 示出一個(gè)隨機(jī)亞穩(wěn)態(tài)（毛刺），它在數(shù)據(jù)信號(hào)中平均每50,000個(gè)周期僅產(chǎn)生1次,。如果您事先知道該事件為隨機(jī)發(fā)生,，就可把大多數(shù)示波器設(shè)置在毛刺條件上觸發(fā) 即根據(jù)最小脈沖寬度設(shè)置示波器 從而可靠捕獲示波器各次采集上的毛
刺。但如果您不知道毛刺的存在,，就可能只是簡(jiǎn)單探查設(shè)計(jì)中的不同信號(hào)來驗(yàn)證正確的信號(hào)保真度,，因此示波器設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)的上升或下降沿條件上觸發(fā),。
　　由于它們相對(duì)慢的更新率，大多數(shù)示波器為捕獲偶發(fā)事件,，需要采集遠(yuǎn)不止是幾秒的數(shù)據(jù),。如果您打算用一般調(diào)試方法，在每一測(cè)試點(diǎn)上探測(cè)幾秒鐘,，并想捕獲到各結(jié)點(diǎn)上可能產(chǎn)生的偶發(fā)事件,，示波器就必須有極快的更新率。
　　圖1 是用 Agilent's 6000 系列示波器捕獲到的毛刺,，該示波器甚至能在帶sin(x)/x重建時(shí),，用實(shí)時(shí)采樣達(dá)到100,000 次/ 秒的波形更新。在這一更新率下,，示波器捕獲到該特用實(shí)時(shí)采樣捕獲亞穩(wěn)態(tài)定信號(hào)的統(tǒng)計(jì)概率約為每秒二次,。采用專有MegaZoom III 技術(shù)的Agilent示波器實(shí)現(xiàn)了這一業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的更新率。
　　一旦我們發(fā)現(xiàn)電路存在非預(yù)期的行為,，就可開始進(jìn)一步調(diào)試我們的系統(tǒng),。使用混合信號(hào)示波器（MSO）的邏輯通道，就能設(shè)置跨多個(gè)模擬和數(shù)字通道的組合邏輯碼型觸發(fā)條件,。它揭示由于時(shí)鐘抖動(dòng),，我們的系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)對(duì)建立 保持時(shí)間指標(biāo)的超差，如圖2 所示,。


　　圖3 是嘗試用Tektronix TDS3000 系列示波器捕獲同樣的異常事件,，該示波器采用默認(rèn)的實(shí)時(shí)采集模式，具有10 k 點(diǎn)的最大存儲(chǔ)器,。由于在此特定條件下的示波器更新不到每秒 800 次,，把探頭放在測(cè)試點(diǎn)上 10 秒后，我們未捕獲到任何異常,。在這一更新率下,，一般需要在該測(cè)試點(diǎn)上探測(cè) 1 分鐘，才能捕獲到每 50,000個(gè)周期平均僅產(chǎn)生一次的一個(gè)偶發(fā)毛刺,。
　　如果您猜想可能存在偶發(fā)毛刺,，而讓示波器處于快觸發(fā)模式，該模式把示波器的存儲(chǔ)器深度限制為500點(diǎn),，以提高其更新率,。因此在調(diào)試數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，您必須確定是采樣率和存儲(chǔ)器深度,，還是更新率更為重要,。但即使是在采集的專門快觸發(fā)模式，此設(shè)置（10 ns/div）下也僅把更新率改進(jìn)到約3,000波形/秒,，為捕獲到一個(gè)毛刺,，需要保持探頭與測(cè)試點(diǎn)約20 秒的接觸,。如果您打算用一般調(diào)試方法，在每一測(cè)試點(diǎn)上探測(cè)幾秒鐘,，使用任何一種采集模式都可能丟失這一事件,。
　　圖 4 是使用 Tektronix 高性能TDS5000 系列示波器的類似例子，它有100,000 波形/ 秒的標(biāo)志性波形3用實(shí)時(shí)采樣捕獲亞穩(wěn)態(tài)（續(xù)）更新率指標(biāo),。但由于其默認(rèn)的實(shí)時(shí)采集更新率被限制為只有60 波形/秒,，因此捕獲到該異常仍僅有很低的概率。雖然60 波形/ 秒對(duì)于示波器的“實(shí)況”感覺是足夠快的,，但為捕獲到僅僅一個(gè)毛刺,，需要把探頭放在測(cè)試點(diǎn)上的平均時(shí)間將近 14 分鐘。


　　　圖5是嘗試用LeCroy WaveSurfer400 系列示波器默認(rèn)的實(shí)時(shí)采集模式捕獲同樣的異常事件,。由于在此時(shí)基設(shè)置下示波器的實(shí)時(shí)更新率僅165 波形/ 秒,，把探頭放在測(cè)試點(diǎn)上10 秒后，我們未捕獲到任何異常,。為使用LeCroy WaveSurfer示波器捕獲該毛刺,，需要在該測(cè)試點(diǎn)上探測(cè)將近5 分鐘。

使用專門的采集模式

　　在使用四種不同示波器實(shí)時(shí)采集模式的上述例子中,，只有采用MegaZoom技術(shù)的 Agilent MSO6000系列示波器能可靠捕獲偶發(fā)的亞穩(wěn)態(tài)（圖1）,。但使用其它“專門”采集模式時(shí)情況又會(huì)如何呢？如前所述,，Tektronix TDS5000 系列示波器宣稱具有高于100,000 波形/ 秒的標(biāo)志性波形更新率指標(biāo),。該更新率對(duì)捕獲偶發(fā)事件（50,000 周期中的1個(gè)）應(yīng)是足夠的。使用Tektronix 的FastAcq采集模式,，TDS5000系列示波器確能以超過100,000/ 秒的采集捕獲波形，如圖6所示,。但為使用這一工作模式,，您必須作出多方面的權(quán)衡。該FastAcq 模式：
　　·把示波器的最大采樣率限制為1.25 GSa/s
　　·限制存儲(chǔ)器深度
　　·禁用波形運(yùn)算
　　·禁用 sin(x)/x 重建
　　·禁用點(diǎn)連接
　　·禁用對(duì)捕獲波形的平移和縮放能力
　　FastAcq 基本上是一種專門的等效時(shí)間/重復(fù)采樣模式,，在功能和性能上有許多權(quán)衡,。在您使用這種模式時(shí)要了解這些權(quán)衡。使用這一專門的采集模式,，我們能夠可靠捕獲偶發(fā)的亞穩(wěn)態(tài),，在顯示上示出的結(jié)果是離散點(diǎn) 而不是完整的波形。


定義完整波形
　　并非所有建立的波形都相同,。您如何定義一個(gè)完整的波形,？根據(jù)定義，當(dāng)您使用帶重建sin(x)/x的實(shí)時(shí)采樣時(shí),，每一次采集將產(chǎn)生一個(gè)包括最小為500 至1000 點(diǎn)的完整波形,。但當(dāng)您使用等效時(shí)間/ 重復(fù)采樣,，包括 TDS5000 系列示波器的
Tektronix的FastAcq模式時(shí)，各重復(fù)采集周期將產(chǎn)生不完整的波形,，越快的時(shí)基范圍上有越寬的樣本間距,。以200 ps/div 為例，Tektronix 的FastAcq模式在每一個(gè)采集周期只產(chǎn)生2.5 點(diǎn)（平均）,，這是因?yàn)?A >示波器被限制為只有1.25GSa/s的最大采樣率,。這樣的點(diǎn)數(shù)對(duì)于定義一個(gè)完整波形是不足的。雖然這些示波器在使用FastAcq 時(shí)能保持超過100,000采集/秒的采集率,，但在此設(shè)置下并不能每秒產(chǎn)生100,000 個(gè)完整波形,。
因此為比較使用等效時(shí)間采樣<