間歇性瞬態(tài)事件和毛刺是最難解決的問題,特別是在不了解瞬態(tài)信號的特點時。力科示波器包括多種工具,可以幫助您捕獲和定位這些討厭的瞬態(tài)信號。本文將重點介紹毛刺搜尋技術。
排除觸發(fā)
可以對周期性波形應用排除觸發(fā),如時鐘信號。這些波形有標稱的形狀,不會呈現(xiàn)出任何規(guī)律性變化。大多數(shù)瞬態(tài)信號本身會表現(xiàn)為異常定時。排除觸發(fā)的概念是測量信號的標稱定時,在信號超出標稱值范圍時觸發(fā)示波器。事實上,排除觸發(fā)實際上“埋伏著等待”事件發(fā)生。您可以把排除觸發(fā)與使用順序模式采集實現(xiàn)的快速更新速率結合起來,以每秒高達160,000次的速率捕獲間歇性異常信號。與其它老式技術相比,這可以大大提高查看信號問題的能力,因為老式技術雖然觸發(fā)速度快,但捕獲的主要是“正常”形狀的信號。
圖1: 使用參數(shù)測量確定排除觸發(fā)極限。
圖1中的方波是典型的周期性時鐘波形。我們可以使用測量參數(shù),如周期、寬度、頻率或占空比,作為排除觸發(fā)的基礎。在本例中,我們選擇了脈寬。我們使用參數(shù)統(tǒng)計測量脈寬,確定典型波形的最大值和最小值。在圖1的實例中,標稱脈寬是1.25 μs,最小值是1.248584 μs,最大值是1.251525 μs。從這些數(shù)據(jù)中,可以根據(jù)脈寬設置排除觸發(fā)。如果輸入脈寬超出范圍1.24 - 1.26 μs,那么示波器將觸發(fā)。
圖2: 使用脈寬設置SMART Trigger排除觸發(fā)。
在圖2中,我們根據(jù)脈寬使用SMART Trigger®設置觸發(fā)。
如果脈寬小于1.24 μs或大于1.26 μs,那么示波器將觸發(fā)。示波器采集中將排除寬度位于標稱范圍內的脈沖。圖中采集的通道2曲線顯示了寬度較窄的欠幅脈沖。
順序模式采集把示波器的采集存儲器分成最多20,000個段。每個段采集一次掃描,示波器觸發(fā)釋抑所有與采集無關的函數(shù),直到填充完所有段。這意味著示波器能夠在采集之間實現(xiàn)的死區(qū)時間達到最小。即使在使用示波器的全部四條通道時,順序模式下的更新速率仍可以高達每秒掃描160,000次。從采集開始直到填充順序模式緩沖器,將一直保持這種采集速率。除快速更新速率外,示波器會在每次采集中打上時戳。這告訴用戶觸發(fā)事件之間的時間間隔。在使用排除觸發(fā)時,順序模式時戳告訴毛刺之間的時間。這些信息非常重要,因為它提供了與導致毛刺的現(xiàn)象有關的額外信息。圖3顯示了從Timebase對話框中控制的順序模式設置。用戶可以設置采集的段數(shù)。在本例中,每個順序采集中有20個段。圖3中的順序模式采集顯示為相鄰的段。這只是從Display對話框中可以選擇的五種順序模式顯示類型中的一種。圖4以鑲嵌格式顯示了相同的數(shù)據(jù),在一個由多達80個段組成的數(shù)組中,它顯示了20個段。
圖3: Timebase對話框中的順序模式設置。
圖4: 在鑲嵌型畫面中顯示順序波形。
Vertical下拉菜單中Channel Status選項下的順序模式時戳同時提供了每個觸發(fā)事件的絕對時間和事件之間的相對時間,從圖5中可以看到這些時間。在這個圖中,瞬態(tài)事件之間的時間是0.65秒到2秒以上。
基于寬度、周期、頻率或占空比等信號定時的排除觸發(fā)為確定毛刺和其它異常信號提供了快捷的方式。如前所述,它只能應用到周期性波形上,如時鐘。對比較通用的波形類型,可以結合使用Track數(shù)學函數(shù)和長存儲器,捕獲、定位和分離波形毛刺。
參數(shù)追蹤函數(shù)
數(shù)學追蹤函數(shù)創(chuàng)建一個波形,顯示在時間上與源波形同步的參數(shù)值歷史。圖6顯示了脈寬的追蹤函數(shù)(下面的曲線)及源波形。追蹤波形的垂直標度是脈寬,單位為ns。注意,追蹤幅度變化在時間上與源波形變化同步。
可以從示波器140多個參數(shù)的任何一個參數(shù)中創(chuàng)建追蹤函數(shù)。
圖5: 觸發(fā)時戳畫面,顯示瞬態(tài)事件之間的時間。
使用追蹤函數(shù)的最佳方式是把它應用到長記錄中,使用追蹤函數(shù)找到異常波形或毛刺。
圖6: 脈寬追蹤函數(shù)及其源波形實例。
圖7: 使用追蹤函數(shù)定位長數(shù)據(jù)記錄中的毛刺。
在圖7中,下面的曲線是寬度追蹤圖。垂直尖峰表示寬度值較低。尖峰的位置在時間上與數(shù)據(jù)記錄中發(fā)生的窄毛刺相關。由于記錄中有326,000個脈沖,因此能夠定位單個異常波形是一個明確的優(yōu)勢。如果我們?yōu)橥ǖ?創(chuàng)建一條縮放曲線,使用Multi-Zoom在追蹤的尖峰周圍擴展,我們可以看到瞬態(tài)信號。圖8顯示了這一過程。
如果毛刺只在長間隔上發(fā)生,那么自動完成這一過程有很大的優(yōu)勢??梢圆捎没趨?shù)極限的通過/失敗測試,停止示波器,或存儲包含毛刺的任何波形。通過/失敗測試位于Analysis下拉菜單下。根據(jù)已知的標稱脈沖參數(shù)特點,用戶可以設置排除所有標稱脈沖的極限。如果發(fā)生毛刺,那么示波器可以采取5種措施中的任意一種措施,包括停止采集、保存當前采集、發(fā)出聲音警報、或打印截圖(包括發(fā)送電子郵件)。在本例中,我們把測試條件Q1設置為脈寬小于等于1.24 μs時為真。我們把測試條件Q2設置為在脈寬大于等于1.26 μs時為真。如圖9所示,在脈寬超出范圍1.24 - 1.26 μs時,實際測試會停止。在啟動通過/失敗測試時,示波器將運行,而不必監(jiān)測數(shù)據(jù)采集。它將自動記錄滿足測試標準的所有毛刺。根據(jù)參數(shù)極限、雙極限或模板,最多可以使用8個測試條件。這些測試條件可以采用各種邏輯組合,實現(xiàn)非常強大的功能。
圖8: 使用Multi-Zoom定位和分離毛刺。
直方圖
被測參數(shù)的直方圖提供了“毛刺”現(xiàn)象的統(tǒng)計視圖。直方圖可以提供與毛刺發(fā)生數(shù)量、大小和頻率有關的信息。在圖10中,我們使用脈寬的直方圖,分析采集的所有脈沖的寬度。我們使用相同的通過/失敗標準(1.24 μs<寬度< 1.26 μs)。我們設置了直方圖專用參數(shù),獲得中間值、標準偏差、范圍及發(fā)生頻率最高的寬度值(X@Peak)。
圖9: 通過/失敗測試操作對話框概括了測試條件。
圖10: 直方圖、通過/失敗測試和順序模式相結合。
我們還使用順序模式采集,改善測量更新速率。由于順序模式在采集過程中觸發(fā)釋抑所有不重要的操作,因此它可以大大提高示波器的更新速率。采集(掃描)時間越長、段數(shù)越多,得到的更新速率一般會越快。其主要缺點是存儲長度較短(因為每個順序模式采集都只使用部分總存儲容量),在某些情況下會導致采樣率較低。這些設置要求某些折衷,在進行測量時,每個用戶都要權衡這些折衷。需要注意的是,在使用通過/失敗測試時,可以自動實現(xiàn)毛刺捕捉過程,用戶可以在設置完成后做別的事,而由示波器全面存檔捕獲的毛刺。
眼圖
在測量串行數(shù)據(jù)波形時,傳統(tǒng)毛刺捕獲程序是眼圖。不管直接從符號時鐘直接觸發(fā)還是從數(shù)據(jù)流中導出時鐘,眼圖都為使用余輝顯示查看多個數(shù)據(jù)跳變提供了一種非常簡單的方式??梢允褂没谀0搴?或參數(shù)的通過/失敗測試,評估信號保真度。圖11是使用力科SDA6000串行數(shù)據(jù)分析儀得到的典型的基于模板的眼圖測試結果。這種模板測試自動定位和顯示違返模板的位。所有力科數(shù)字示波器都可以創(chuàng)建和測試眼圖。SDM串行數(shù)據(jù)模板測試等選件則可以在大多數(shù)示波器中提供眼圖測試設置和操作功能。
圖11: 3.125 GB/s串行數(shù)據(jù)流模板測試,顯示了模板違規(guī)錯誤及導致錯誤的串行位。
我們已經(jīng)介紹了使用力科示波器檢測、定位和分離毛刺和其它瞬態(tài)事件的多種方法。如果您還有什么問題,請與力科當?shù)劁N售辦事聯(lián)系,與我們的應用工程師討論您的毛刺檢測需要。