精品文檔-下載后可編輯力科示波器在搜尋毛刺中的實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)應(yīng)用示波器主要有五大功能：即對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲，觀(guān)察，測(cè)量，分析和存檔。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)探頭和前端放大器以及歸一化后轉(zhuǎn)換成ADC可以接受的電壓范圍，采樣保持電路按固定的采樣率將信號(hào)分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的采樣電平，ADC將這些電平轉(zhuǎn)化為數(shù)字的采樣點(diǎn)，這些數(shù)字的采樣點(diǎn)保存在采集存儲(chǔ)器里送顯示和測(cè)量分析。間歇性瞬態(tài)事件和毛刺是難解決的問(wèn)題，特別是在不了解瞬態(tài)信號(hào)的特點(diǎn)時(shí)。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(hào)。本文將重點(diǎn)介紹毛刺搜尋技術(shù)。

排除觸發(fā)

可以對(duì)周期性波形應(yīng)用排除觸發(fā)，如時(shí)鐘信號(hào)。這些波形有標(biāo)稱(chēng)的形狀，不會(huì)呈現(xiàn)出任何規(guī)律性變化。大多數(shù)瞬態(tài)信號(hào)本身會(huì)表現(xiàn)為異常定時(shí)。排除觸發(fā)的概念是測(cè)量信號(hào)的標(biāo)稱(chēng)定時(shí)，在信號(hào)超出標(biāo)稱(chēng)值范圍時(shí)觸發(fā)示波器。事實(shí)上，排除觸發(fā)實(shí)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(shí)現(xiàn)的快速更新速率結(jié)合起來(lái)，以每秒高達(dá)160,000次的速率捕獲間歇性異常信號(hào)。與其它老式技術(shù)相比，這可以大大提高查看信號(hào)問(wèn)題的能力，因?yàn)槔鲜郊夹g(shù)雖然觸發(fā)速度快，但捕獲的主要是"正常"形狀的信號(hào)。

圖1:使用參數(shù)測(cè)量確定排除觸發(fā)極限。

圖1中的方波是典型的周期性時(shí)鐘波形。我們可以使用測(cè)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(chǔ)。在本例中，我們選擇了脈寬。我們使用參數(shù)統(tǒng)計(jì)測(cè)量脈寬，確定典型波形的值和值。在圖1的實(shí)例中，標(biāo)稱(chēng)脈寬是1.25μs,值是1.248584μs,值是1.251525μs.從這些數(shù)據(jù)中，可以根據(jù)脈寬設(shè)置排除觸發(fā)。如果輸入脈寬超出范圍1.24-1.26μs,那么示波器將觸發(fā)。

圖2:使用脈寬設(shè)置SMARTTrigger排除觸發(fā)。

在圖2中，我們根據(jù)脈寬使用SMARTTrigger設(shè)置觸發(fā)。

如果脈寬小于1.24μs或大于1.26μs,那么示波器將觸發(fā)。示波器采集中將排除寬度位于標(biāo)稱(chēng)范圍內(nèi)的脈沖。圖中采集的通道2曲線(xiàn)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(chǔ)器分成多20,000個(gè)段。每個(gè)段采集掃描，示波器觸發(fā)釋抑所有與采集無(wú)關(guān)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(shí)現(xiàn)的死區(qū)時(shí)間達(dá)到。即使在使用示波器的全部四條通道時(shí)，順序模式下的更新速率仍可以高達(dá)每秒掃描160,000次。從采集開(kāi)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(huì)在每次采集中打上時(shí)戳。這告訴用戶(hù)觸發(fā)事件之間的時(shí)間間隔。在使用排除觸發(fā)時(shí)，順序模式時(shí)戳告訴毛刺之間的時(shí)間。這些信息非常重要，因?yàn)樗峁┝伺c導(dǎo)致毛刺的現(xiàn)象有關(guān)的額外信息。圖3顯示了從Timebase對(duì)話(huà)框中控制的順序模式設(shè)置。用戶(hù)可以設(shè)置采集的段數(shù)。在本例中，每個(gè)順序采集中有20個(gè)段。圖3中的順序模式采集顯示為相鄰的段。這只是從Display對(duì)話(huà)框中可以選擇的五種順序模式顯示類(lèi)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(gè)由多達(dá)80個(gè)段組成的數(shù)組中，它顯示了20個(gè)段。

圖3:Timebase對(duì)話(huà)框中的順序模式設(shè)置。

圖4:在鑲嵌型畫(huà)面中顯示順序波形。

Vertical下拉菜單中ChannelStatus選項(xiàng)下的順序模式時(shí)戳同時(shí)提供了每個(gè)觸發(fā)事件的時(shí)間和事件之間的相對(duì)時(shí)間，從圖5中可以看到這些時(shí)間。在這個(gè)圖中，瞬態(tài)事件之間的時(shí)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(hào)定時(shí)的排除觸發(fā)為確定毛刺和其它異常信號(hào)提供了快捷的方式。如前所述，它只能應(yīng)用到周期性波形上，如時(shí)鐘。對(duì)比較通用的波形類(lèi)型，可以結(jié)合使用Track數(shù)學(xué)函數(shù)和長(zhǎng)存儲(chǔ)器，捕獲、定位和分離波形毛刺。

參數(shù)追蹤函數(shù)

數(shù)學(xué)追蹤函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)波形，顯示在時(shí)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(xiàn)）及源波形。追蹤波形的垂直標(biāo)度是脈寬，單位為ns.注意，追蹤幅度變化在時(shí)間上與源波形變化同步。

可以從示波器140多個(gè)參數(shù)的任何一個(gè)參數(shù)中創(chuàng)建追蹤函數(shù)。

圖5:觸發(fā)時(shí)戳畫(huà)面，顯示瞬態(tài)事件之間的時(shí)間。

使用追蹤函數(shù)的方式是把它應(yīng)用到長(zhǎng)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(shí)例。

圖7:使用追蹤函數(shù)定位長(zhǎng)數(shù)據(jù)記錄中的毛刺。

在圖7中，下面的曲線(xiàn)是寬度追蹤圖。垂直尖峰表示寬度值較低。尖峰的位置在時(shí)間上與數(shù)據(jù)記錄中發(fā)生的窄毛刺相關(guān)。由于記錄中有326,000個(gè)脈沖，因此能夠定位單個(gè)異常波形是一個(gè)明確的優(yōu)勢(shì)。如果我們?yōu)橥ǖ?創(chuàng)建一條縮放曲線(xiàn)，使用Multi-Zoom在追蹤的尖峰周?chē)鷶U(kuò)展，我們可以看到瞬態(tài)信號(hào)。圖8顯示了這一過(guò)程。

毛刺是電路設(shè)計(jì)中常用詞。數(shù)字電路中常將毛刺定義為采樣間越過(guò)邏輯門(mén)限以上的任何跳變，主要是指電路輸出波形中含有時(shí)間很短有規(guī)律或沒(méi)有規(guī)律的脈沖而又對(duì)設(shè)計(jì)沒(méi)有用處或產(chǎn)生其他影響，一般都要考慮去除毛刺。通?？梢酝ㄟ^(guò)加某些元件（如電容濾波）或者改變電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)消除毛刺。信號(hào)在FPGA器件內(nèi)部通過(guò)連線(xiàn)和邏輯單元時(shí)，都有一定的延時(shí)。延時(shí)的大小與連線(xiàn)的長(zhǎng)短和邏輯單元的數(shù)目有關(guān)，同時(shí)還受器件的制造工藝、工作電壓、溫度等條件的影響。信號(hào)的高低電平轉(zhuǎn)換也需要一定的過(guò)渡時(shí)間。由于存在這兩方面因素，多路信號(hào)的電平值發(fā)生變化時(shí)，在信號(hào)變化的瞬間，組合邏輯的輸出有先后順序，并不是同時(shí)變化，往往會(huì)出現(xiàn)一些不正確的尖峰信號(hào)，這些尖峰信號(hào)稱(chēng)為"毛刺".如果一個(gè)組合邏輯電路中有"毛刺"出現(xiàn)，就說(shuō)明該電路存在"冒險(xiǎn)".（與分立元件不同，由于PLD內(nèi)部不存在寄生電容電感，這些毛刺將被完整的保留并向下傳遞，因此毛刺現(xiàn)象赑LD、FPGA設(shè)計(jì)中尤為突出）在本例中，我們把測(cè)試條件Q1設(shè)置為脈寬小于等于1.24μs時(shí)為真。我們把測(cè)試條件Q2設(shè)置為在脈寬大于等于1.26μs時(shí)為真。如圖9所示，在脈寬超出范圍1.24-1.26μs時(shí)，實(shí)際測(cè)試會(huì)停止。在啟動(dòng)通過(guò)/失敗測(cè)試時(shí)，示波器將運(yùn)行，而不必監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。它將自動(dòng)記錄滿(mǎn)足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的所有毛刺。根據(jù)參數(shù)極限、雙極限或模板，多可以使用8個(gè)測(cè)試條件。這些測(cè)試條件可以采用各種邏輯組合，實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大的功能。

圖8:使用Multi-Zoom定位和分離毛刺。

直方圖

在質(zhì)量管理中，如何預(yù)測(cè)并監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量狀況？如何對(duì)質(zhì)量波動(dòng)進(jìn)行分析？直方圖就是一目了然地把這些問(wèn)題圖表化處理的工具。它通過(guò)對(duì)收集到的貌似無(wú)序的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來(lái)反映產(chǎn)品質(zhì)量的分布情況，判斷和預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量及不合格率。直方圖又稱(chēng)質(zhì)量分布圖，柱狀圖，它是表示資料變化情況的一種主要工具。用直方圖可以的資料，解析出規(guī)則性，比較直觀(guān)地看出產(chǎn)品質(zhì)量特性的分布狀態(tài)，對(duì)於資分布狀況一目了然，便於判斷其總體質(zhì)量分布情況。

被測(cè)參數(shù)的直方圖提供了"毛刺"現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)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(guān)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(guò)/失敗標(biāo)準(zhǔn)（1.24μs寬度1.26μs）。我們?cè)O(shè)置了直方圖專(zhuān)用參數(shù)，獲得中間值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、范圍及發(fā)生頻率的寬度值（X@Peak）。

圖9:通過(guò)/失敗測(cè)試操作對(duì)話(huà)框概括了測(cè)試條件。

圖10:直方圖、通過(guò)/失敗測(cè)試和順序模式相結(jié)合。

我們還使用順序模式采集，改善測(cè)量更新速率。由于順序模式在采集過(guò)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(shí)間越長(zhǎng)、段數(shù)越多，得到的更新速率一般會(huì)越快。其主要缺點(diǎn)是存儲(chǔ)長(zhǎng)度較短（因?yàn)槊總€(gè)順序模式采集都只使用部分總存儲(chǔ)容量），在某些情況下會(huì)導(dǎo)致采樣率較低。這些設(shè)置要求某些折衷，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每個(gè)用戶(hù)都要權(quán)衡這些折衷。需要注意的是，在使用通過(guò)/失敗測(cè)試時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)毛刺捕捉過(guò)程，用戶(hù)可以在設(shè)置完成后做別的事，而由示波器全面存檔捕獲的毛刺。

眼圖

眼圖是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善（通過(guò)調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀(guān)察到的一種圖形。觀(guān)察眼圖的方法是：用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時(shí)示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱(chēng)為"眼圖".從"眼圖"上可以觀(guān)察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。眼圖對(duì)于展示數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)的性能提供了很多有用的信息：可以從中看出碼間串?dāng)_的大小和噪聲的強(qiáng)弱，有助于直觀(guān)地了解碼間串?dāng)_和噪聲的影響，評(píng)價(jià)一個(gè)基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；可以指示接收濾波器的調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_。

在測(cè)量串行數(shù)據(jù)波形時(shí)，傳統(tǒng)毛刺捕獲程序是眼圖。不管直接從符號(hào)時(shí)鐘直接觸發(fā)還是從數(shù)據(jù)流中導(dǎo)出時(shí)鐘，眼圖都為使用余輝顯示查看多個(gè)數(shù)據(jù)跳變提供了一種非常簡(jiǎn)單的方式?？梢允褂没谀０搴?或參數(shù)的通過(guò)/失敗測(cè)試，評(píng)估信號(hào)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(cè)試結(jié)果。這種模板測(cè)試自動(dòng)定位和顯示違返模板的位。