節(jié)省測(cè)量測(cè)試成本,，高效提升數(shù)字示波器效率成為當(dāng)務(wù)之急
面對(duì)全球化激烈競(jìng)爭(zhēng)，如何殺出血路,、搶食市場(chǎng)大餅,，是各種產(chǎn)業(yè)當(dāng)今重要議題，此外,，微利趨勢(shì)逐漸滲透至各個(gè)產(chǎn)業(yè),，不少產(chǎn)業(yè)陸續(xù)走向微利時(shí)代...
面對(duì)全球化激烈競(jìng)爭(zhēng)，如何殺出血路,、搶食市場(chǎng)大餅,，是各種產(chǎn)業(yè)當(dāng)今重要議題，此外,，微利趨勢(shì)逐漸滲透至各個(gè)產(chǎn)業(yè),，不少產(chǎn)業(yè)陸續(xù)走向微利時(shí)代。因此,，縮短研發(fā)時(shí)程,、減少不必要的開(kāi)發(fā)成本與浪費(fèi)，相對(duì)地重要性便日益加重,。
示波器在各種產(chǎn)業(yè)研發(fā)過(guò)程中占據(jù)重要角色,，當(dāng)然也關(guān)乎前言提到的縮短研發(fā)時(shí)程，減少不必要成本的重要課題。在研發(fā)示波器的過(guò)程中,，怎樣透過(guò)使用示波器來(lái)提高生產(chǎn)效率,、幫助設(shè)計(jì)和制造工程人員如期完成工作，不致發(fā)生代價(jià)高昂的錯(cuò)誤,，進(jìn)而協(xié)助提高速度及優(yōu)質(zhì)地完成工作,、同時(shí)幫助管理人員滿足階段性安排及費(fèi)用要求，最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn),、提供良好產(chǎn)品,，這就是所謂「生產(chǎn)效率」問(wèn)題。憑藉「最快」的示波器,，便可以幫助工程與管理人員大幅度地提高效率,。
對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，降低設(shè)計(jì)檢驗(yàn)時(shí)間并快速獲得可靠的測(cè)試結(jié)果就是提高生產(chǎn)效率,。但達(dá)到此目的前,，我們必須先保證示波器能夠提供穩(wěn)定的信號(hào)完整性和連接能力，不然我們所觀測(cè)的信號(hào)都是有畸變的非真實(shí)波形,，然後再用更多的時(shí)間去作檢驗(yàn)與測(cè)量都是枉費(fèi)的,。所以，首要是保證示波器與連接方法對(duì)信號(hào)的影響最小,，以達(dá)到最高的信號(hào)保真度,。
涉及使用示波器的最基本目的,，就是要讓工程師查看信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化,，所以保持信號(hào)的保真度最為重要。影響信號(hào)完整性的因素包括探棒和示波器的頻寬頻響,，若信號(hào)受探棒和示波器輸入頻寬的影響而失真,，縱使示波器隨後擁有最高的采樣速率和最深的記錄長(zhǎng)度都是枉然的。
以下我們將陳述,，最快示波器是如何突破四點(diǎn)要求,，憑藉什麼樣的技術(shù)，達(dá)到效率的提升：
信號(hào)捕獲
在信號(hào)捕獲的過(guò)程中,，保證示波器與連接方法對(duì)信號(hào)的最小影響是首要的,。所以首先討論信號(hào)探測(cè)的問(wèn)題。
如何保證觀測(cè)信號(hào)的真實(shí)性
◆探測(cè)
用戶(hù)面臨的時(shí)鐘頻率和信號(hào)邊沿速率若持續(xù)提高,，將要求更高的探棒頻寬,。電路密度增加，使探測(cè)間距變小變困難,；電路器件功耗下降,、信號(hào)擺幅減小、不時(shí)更采用差分信令,、減小電磁干擾(EMI),、要求探棒擁有良好的共模抑制比(CMRR)等,，都是當(dāng)今對(duì)探測(cè)信號(hào)的一些棘手挑戰(zhàn)。
新一代智慧介面采用盲插連接方式,，其信號(hào)完整性與頻寬能夠達(dá)到22GHz,，超過(guò)一般BNC連接系統(tǒng)所能提供的頻寬，實(shí)現(xiàn)最高頻寬的信號(hào)完整性/連接,。此外智慧電源開(kāi)關(guān)功能,，為示波器和配件提供功率管理，同時(shí)在使用方面用單鍵釋放和鎖定機(jī)構(gòu),，提供單手操作及足夠的鎖定力,。不僅使用簡(jiǎn)便，更能確保信號(hào)的完整性連接,。
示波器與探棒能否提供足夠的頻寬
◆頻寬
時(shí)鐘的頻率和信號(hào)邊沿速率持續(xù)提高,，代表了所需要的探棒與示波器的頻寬也需要相應(yīng)提高。根據(jù)信號(hào)邊沿上升時(shí)間與頻寬的計(jì)算規(guī)則,，若信號(hào)邊沿上升時(shí)間x信號(hào)頻寬＝0.4,，對(duì)50ps的上升邊沿來(lái)說(shuō)，其信號(hào)頻寬便是8GHz了,。對(duì)NRZ編碼的串列資料而言,，信號(hào)頻寬＝1.8×資料速率。對(duì)USB2.0來(lái)說(shuō),，資料速率為480MB/s,，其信號(hào)頻寬應(yīng)為864MHz；PCI Express的資料速率為2.5GB/s,，其信號(hào)頻寬則為4.5GHz等,。何況我們要求示波器的頻寬還要比信號(hào)頻寬高，以保證測(cè)量的精確度,。所以今天,，對(duì)示波器的頻寬要求日益提高。有鑒於此,，為了增加其示波器的頻寬,，部分產(chǎn)品采用了經(jīng)過(guò)軟體DSP數(shù)位處理的方法來(lái)擴(kuò)展頻寬，而并非用硬體的實(shí)際頻寬,，不過(guò)究竟這些DSP數(shù)位處理方法對(duì)信號(hào)有什麼樣的影響,、什麼時(shí)候應(yīng)該使用DSP、什麼時(shí)候不應(yīng)該使用DSP,，事實(shí)上很多使用者都不得而知,。
用戶(hù)必須被清楚告知什麼時(shí)候應(yīng)該使用DSP、使用DSP的好處在那里、什麼時(shí)候不應(yīng)該使用DSP,、使用DSP的缺點(diǎn)是什麼等,，并讓用戶(hù)自由選擇開(kāi)通與關(guān)閉DSP功能。因?yàn)槿粜枰玫皆嫉牟杉Y料,，而在示波器無(wú)法關(guān)掉DSP情況下,，原始的信號(hào)已經(jīng)被更改，信號(hào)完整性已無(wú)法保證,，尤其在測(cè)量< 100ps的快速邊沿時(shí),，使用DSP會(huì)出現(xiàn)Gibbs現(xiàn)象，即在前沿出現(xiàn)不應(yīng)有的下沖現(xiàn)象,。當(dāng)然DSP也有其好處,，例如通過(guò)使用DSP方法，對(duì)每個(gè)通道在20GS/s模式下同時(shí)提供幅度和相位補(bǔ)償,，可以提供更好效果的差分測(cè)量,，尤其對(duì)差分信號(hào)的頻譜分析。并且因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用DSP擴(kuò)展了頻寬,，TDS6804B實(shí)現(xiàn)了20%～80%上升時(shí)間為35ps,，是目前頻寬上升時(shí)間最快的示波器。
◆PinPoint雙觸發(fā)技術(shù)
當(dāng)DPO容許我們「看到」故障時(shí),，該怎麼觸發(fā)它并分析這故障的因由為以前,，示波器在觸發(fā)序列發(fā)生的事件的能力是非常有限的，傳統(tǒng)示波器所提供的A－B觸發(fā)或延遲觸發(fā)的機(jī)制中,，在B觸發(fā)條件中只容許選擇邊沿觸發(fā),。假定現(xiàn)在有三個(gè)寬度不一的脈沖，第一個(gè)與第二個(gè)相隔20ns,，第三個(gè)脈沖,，它的脈寬比第二個(gè)要小，也不經(jīng)常出現(xiàn),，只會(huì)偶爾出現(xiàn)，若它出現(xiàn),，它會(huì)替代了第二個(gè)脈沖出現(xiàn)在與第一個(gè)脈沖相隔20ns的位置上,。類(lèi)似這樣的一個(gè)偶爾故障，傳統(tǒng)的A－B觸發(fā)沒(méi)辦法在第一個(gè)脈沖相隔20ns位置上判斷不同脈寬,，從而分辨在第三個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)候才觸發(fā),。
現(xiàn)在透過(guò)PinPoint雙觸發(fā)技術(shù)，容許用戶(hù)在B觸發(fā)條件上,，使用各種各樣的條件,，來(lái)滿足不同的情況。加上新設(shè)的重置機(jī)制，若等待B事件經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間還未出現(xiàn),，整個(gè)PinPoint雙觸發(fā)系統(tǒng)能重新被重置,，再開(kāi)始等待A事件的出現(xiàn)，使得整個(gè)雙觸發(fā)系統(tǒng)更靈活多變,，對(duì)應(yīng)不同的情況,。有了PinPoint雙觸發(fā)系統(tǒng)，容許用戶(hù)定義超過(guò)1445種不同的觸發(fā)條件組合,，對(duì)比以往傳統(tǒng)A－B觸發(fā)系統(tǒng)只提供17種不同的觸發(fā)條件組合,，則多增加了靈活幅度！整個(gè)PinPoint雙觸發(fā)系統(tǒng)也是基於SiGe技術(shù),，除實(shí)現(xiàn)全類(lèi)比7GHz觸發(fā)頻寬外,，更進(jìn)一步降低了觸發(fā)最小毛刺的時(shí)間(現(xiàn)為100ps)，觸發(fā)抖動(dòng)維持小於1.2ps rms等,，為用戶(hù)提供調(diào)試和解決復(fù)雜的資料格式與快速捕獲問(wèn)題的最佳方案,。
檢測(cè)電路故障時(shí)
示波器能否有效監(jiān)測(cè)故障
◆波形捕獲率為DSO(數(shù)位存儲(chǔ)示波器)對(duì)比DPO(數(shù)位螢光示波器)
傳統(tǒng)數(shù)位存儲(chǔ)示波器(DSO)采用了串列式的處理，即示波器由信號(hào)采集到資料運(yùn)算到波形成像是一個(gè)流水的過(guò)程,，必須結(jié)束前一過(guò)程,，才能開(kāi)始進(jìn)行下一過(guò)程，盡管采用先進(jìn)的CPU(一般DSO波形捕獲率<5000個(gè)波形/秒),，仍是每秒只能采集非常有限的波形數(shù)目,。
太克公司的專(zhuān)用晶片，能夠并行處理采集,、運(yùn)算,、成像等數(shù)個(gè)過(guò)程，使數(shù)位螢光示波器(DPO)的波形捕獲率超出了DSO波形捕獲率的范圍,，達(dá)到> 400,000個(gè)波形/秒,。DPO捕獲DSO漏掉、現(xiàn)實(shí)環(huán)境中隨機(jī)發(fā)生的異常事件和信號(hào)的詳細(xì)資訊,，可查看信號(hào)真實(shí)的變化,。示波器的最大作用就是讓工程師查看信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化，若因?yàn)檫@些串列處理的死區(qū)時(shí)間而導(dǎo)致示波器漏掉99.9%以上的波形,，這些DSO還能用來(lái)調(diào)試電路嗎,？而DPO減少了發(fā)現(xiàn)異常事件的時(shí)間，可以目測(cè)復(fù)雜的,、即時(shí)動(dòng)態(tài)變化的波形,，同時(shí)也提高了波形測(cè)量、統(tǒng)計(jì)測(cè)量,、眼圖測(cè)量的置信度,。
在檢測(cè)電路故障時(shí)
示波器能否穩(wěn)定觸發(fā)故障問(wèn)題
信號(hào)分析
如何更快速得到可靠的結(jié)果
◆波形資料庫(kù)(WfmDB)
現(xiàn)今很多不同的通信或電腦行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn),，都要求在一定的采集波形數(shù)目的基礎(chǔ)上測(cè)量眼圖與抖動(dòng)等。例如DVI標(biāo)準(zhǔn)要求在1,000,000個(gè)采集波形所累積的眼圖上測(cè)量抖動(dòng),。試想像,，若使用傳統(tǒng)的DSO、每秒采集500個(gè)波形,，共需要33分鐘才能累積足夠的波形數(shù),，從而進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)量。若換上DPO只花數(shù)秒鐘便能累積1,000,000個(gè)波形了,，大大地節(jié)約了測(cè)量的時(shí)間?，F(xiàn)在波形資料庫(kù)是將DPO的功能再延伸一步，就是對(duì)DPO所采集的波形資料庫(kù)進(jìn)行各種各樣的測(cè)量處理,，例如被測(cè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)測(cè)量,、各種自動(dòng)測(cè)量、眼圖,、抖動(dòng)與雜訊測(cè)量,、直方圖測(cè)量及統(tǒng)計(jì)等，都可以快速地累積足夠數(shù)目的波形,，從而得到可靠測(cè)量結(jié)果,。波形資料庫(kù)還支援內(nèi)部和外部存儲(chǔ)及分析。
對(duì)應(yīng)各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
快速得到所需的測(cè)量答案
◆基於Java的專(zhuān)用應(yīng)用套裝軟體
今天從管理的角度來(lái)說(shuō),，需要考慮如何達(dá)到最小的投入最大的產(chǎn)出,，即所謂生產(chǎn)效率的問(wèn)題。所以往往工程師需要在最短的時(shí)間內(nèi),，完成既多又高質(zhì)量工作,。另一方面，為了突破一些技術(shù)瓶頸或創(chuàng)造更迎合用戶(hù)需求的應(yīng)用,，一個(gè)又一個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推陳出新,，而往往這些標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也設(shè)定了測(cè)試的范圍，流程與所需要達(dá)到的限定,。工程師在僅有的時(shí)間中完全理解這些標(biāo)準(zhǔn),，然後進(jìn)行各種不同參數(shù)的量測(cè)是極為困難的。則各種提供了業(yè)內(nèi)齊全的應(yīng)用套裝軟體應(yīng)運(yùn)而生,，分別可適合各種不同的應(yīng)用,，包括功率電子測(cè)試套裝軟體、DVD測(cè)試套裝軟體,、HDMI測(cè)試套裝軟體、DVI測(cè)試套裝軟體,、USB測(cè)試套裝軟體,、抖動(dòng)測(cè)試套裝軟體,、串列資料測(cè)試套裝軟體、硬碟測(cè)試套裝軟體,、乙太網(wǎng)測(cè)試套裝軟體,、SATA測(cè)試套裝軟體等等。同時(shí)提供各種配套的測(cè)試夾具,、信號(hào)源與探棒等,，來(lái)應(yīng)對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)并為用戶(hù)提供完整解決方案。這些套裝軟體同時(shí)也受到各方標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體的認(rèn)同與采用,，例如USB-IF以太克的USB測(cè)試套裝軟體驗(yàn)證市場(chǎng)各種USB器件的標(biāo)準(zhǔn)軟體,，HDMI、DVI,、PCI Express,、Infiniband，乙太網(wǎng)也同樣需要這些軟體的認(rèn)可與采用,，進(jìn)而成為公認(rèn)驗(yàn)證這些標(biāo)準(zhǔn)的解決方案,。透過(guò)這些套裝軟體，工程師可輕松地掌握各標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法及快捷地得到各種被測(cè)參數(shù)的測(cè)量結(jié)果,，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,。在設(shè)計(jì)這些套裝軟體的過(guò)程中，必須考慮如何幫助用戶(hù)減少他們的測(cè)量測(cè)試時(shí)間,，所以在這些套裝軟體中,，都廣泛使用自動(dòng)化，采用「一按式」的測(cè)試,，來(lái)完成上述所有標(biāo)準(zhǔn)所要求的測(cè)試工序,，并快速得到結(jié)果，從而增加工程師的工作效率,。
測(cè)試資料與結(jié)果管理
利用采集資料作進(jìn)一步的分析
◆Open Choice開(kāi)放式軟體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
通常在信號(hào)采集後,，示波器制造商所提供的基本操作與分析工具以及應(yīng)用軟體，不一定能夠滿足用戶(hù)各種各樣的測(cè)試與分析需求,，讓他們能夠靈活地進(jìn)行各種後期資料與記過(guò)處理及分析,。并且制造商所提供的應(yīng)用軟體多為支援主流應(yīng)用的軟體，因?yàn)檐涹w平臺(tái)結(jié)構(gòu)是封閉式的,，所以應(yīng)用是「有限的」,，用戶(hù)往往不能進(jìn)一步利用示波器所采集的資料進(jìn)行更深更廣的分析。現(xiàn)在,，透過(guò)Open Choice的開(kāi)放式軟體平臺(tái),，用戶(hù)可自行開(kāi)發(fā)軟體及程式，或第三方公司開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟體,，都可以自由通過(guò)Open Choice的TekVISA平臺(tái),，調(diào)用示波器所采集的資料進(jìn)行各種後期處理與分析,，即時(shí)控制與資料監(jiān)控等等。因?yàn)镺pen Choice乃開(kāi)放式的軟體平臺(tái),，用戶(hù)可按其需要開(kāi)發(fā)各種不同的軟體及程式,，調(diào)用示波器所采集的資料，進(jìn)行各種後期處理與分析,，所以應(yīng)用無(wú)限,。
Open Choice支援多種應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境及編程語(yǔ)言，包括C,、C++,、VB、LabView,、LabWindows,、Matlab、Mathcad,、Active X,。TekVISA(太克虛擬儀器軟體結(jié)構(gòu))支援各種即插即用的儀器驅(qū)動(dòng)程式與應(yīng)用程式介面API，高層軟體透過(guò)TekVISA平臺(tái)可輕松調(diào)用示波器所采集的資料進(jìn)行各種後期處理與分析,，即時(shí)控制與資料監(jiān)控等,。TekVISA通過(guò)下述途徑與示波器進(jìn)行內(nèi)部通信，虛擬GPIB,、GPIB,、ASRL (RS232 COM1、COM2)與LAN(局域網(wǎng)),。
方便性與用戶(hù)友好性
除了以上提到在信號(hào)捕獲,、信號(hào)分析、管理測(cè)試資料與結(jié)果的過(guò)程中,，并需要考慮到如何透過(guò)使用示波器的各種功能來(lái)提高工程師的生產(chǎn)效率,。很可能工程師經(jīng)常在一個(gè)專(zhuān)案中經(jīng)常使用示波器的緣故，對(duì)示波器的各種功能都能夠掌握自如,。但一個(gè)專(zhuān)案完結(jié)了,，再相隔半年到下一個(gè)專(zhuān)案開(kāi)始，往往工程師卻需要重新學(xué)習(xí)怎麼使用這臺(tái)示波器,；或者某些工程師因?yàn)闇y(cè)試專(zhuān)案的需要,，在測(cè)試參數(shù)或流程需要多次重復(fù)，而每一次使用示波器的某些功能,，需要深入多層功能表里去尋找,，費(fèi)時(shí)費(fèi)事。為了讓用戶(hù)簡(jiǎn)便快捷地使用示波器,，新的MyScope功能,，容許用戶(hù)自定義控制視窗并可按照個(gè)人的需要,，量身定制屬於他的個(gè)人控制視窗,。
MyScope操作簡(jiǎn)便節(jié)省學(xué)習(xí)時(shí)間
MyScope是自Autoset以來(lái),，針對(duì)示波器操作簡(jiǎn)便性的突破！現(xiàn)在,，各用戶(hù)可以自行創(chuàng)建屬於他的個(gè)人控制視窗,，功能表里可以包括所有示波器的功能，而且功能的組合與編排完全由用戶(hù)來(lái)決定,。用戶(hù)只需要將屬於他的控制視窗以文件的形式儲(chǔ)存在示波器的硬碟上,，因此，創(chuàng)建的控制視窗在數(shù)量上沒(méi)有限制,。每個(gè)用戶(hù)都可以擁有屬於他的個(gè)人控制視窗,，在使用示波器時(shí)只要調(diào)用控制視窗的檔案，示波器的用戶(hù)介面馬上便能演變?yōu)樗煜さ慕槊?，不再需要?dān)心在哪里,、在哪個(gè)功能。對(duì)於經(jīng)常重復(fù)的測(cè)試專(zhuān)案,，將經(jīng)常需要被調(diào)用的功能鍵置放在最方便的位置,，操作起來(lái)方便又省時(shí)。對(duì)需要共用示波器的團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō),，因?yàn)槊總€(gè)隊(duì)員都擁有屬於他的個(gè)人控制視窗,，只要適時(shí)地調(diào)用這些控制視窗，便可不必?fù)?dān)心前一個(gè)隊(duì)員將示波器弄成怎樣,，透過(guò)MyScope,，馬上把示波器變成屬於自己的示波器。遇上困難或疑問(wèn)時(shí),，可將當(dāng)前的控制視窗連同被測(cè)信號(hào)一并存儲(chǔ)起來(lái),，通過(guò)E-mail發(fā)送給遠(yuǎn)方的隊(duì)員查詢(xún)，這樣一來(lái)也促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)的溝通與工作效率,。
MyScope控制視窗和點(diǎn)擊滑鼠右鍵功能表能節(jié)約用戶(hù)搜索功能表功能或在外出休假回到實(shí)驗(yàn)室後重新學(xué)習(xí)如何使用示波器的時(shí)間,，達(dá)到事半功倍之功效，實(shí)現(xiàn)了示波器個(gè)性化,，有效滿足了用戶(hù)的需求,。
以上我們相繼審視了示波器如何在信號(hào)捕獲，信號(hào)分析,，測(cè)試資料與結(jié)果的管理及方便性與用戶(hù)友好性的四個(gè)不同方面,，相信，能夠幫助工程師提高他們的生產(chǎn)效率,，幫助用戶(hù)最快地解決問(wèn)題的示波器,，才是最快的示波器,！
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