数字示波器采集数据

尽管高频通讯模式如Zigbee和千兆以太网受到大量的关注，但很多工程师仍需要诸如示波器这样的工具来帮助他们测试和调试频率在500MHz以下的设备。在此带宽范围内的新的“低端”示波器提供了扩展功能，可以帮助工程师们轻而易举地解码串行数据流及查看测试结果。有些示波器还包括混合信号的功能来辅助开发人员同时观测数字和模拟信号。

就在不久以前，工程师们还可以凑合着用两通道示波器。但是现在，很多应用需要要求仪器拥有多达4个模拟通道和处理混合信号的能力。混合信号示波器可采用相同的时间基线来获取和显示模拟和数字信号，因此可以显示时间校准的或时间关联的模拟和数字信息。

例如，Agilent Technologies提供的6000系列混合示波器，可以允许工程师在2或4个模拟通道和16个数字信号中选择。典型的示波器用户通常用到嵌入式系统，微控制器，FPGA，ADC和电源，据Agilent公司便携示波器产品经理Jae-Yong Chang介绍，“存储器件通常具有芯片选择和读／写两个控制信号。因此，有了4通道示波器，工程师可以观察这两个控制信号和两个其他数字信号来分析内存操作。现在的SDRAM芯片通常需要5个控制信号，因此，工程师需要4个以上通道来捕捉和分析内存状况。”

“传统上，当工程师需要附加的数字通道，他们采用逻辑分析仪和示波器来进行时间关联测量”，Chang说，“但是，这需要更多的时间来安装设备，并需要更多的努力来在仪器间传递信号。”而混合数字示波器，则可提供单个仪器来实时测量数字和模拟信号，恰当地校准信号并在一个屏幕上显示。

LeCroy公司的WaveRunner和WaveSurfer示波器家族产品并不包含数字输入，而是允许工程师们在需要时添加。该公司的MS-32示波器混合信号选择提供32个数字输入，外置的POD可以独立于主示波器模拟输入操作(图1)。因此，添加MS一32 POD绝不会削减主示波器模拟性能。

“许多工程师采用MS-32POD来分析嵌入式系统的信号，”LeCroy公司产品经理，Dr.Mike Lauterbach说，“即便测试和调试8位微处理器，他们希望观察8个数据线，8个地址线，以及I／O和控制信号，因此，很快就用了很多数据输入。”

除了提供混合信号输入，许多示波器可以捕捉，显示，和分析用于|2C，CANbus，SPI和USB通讯串行协议中的信息。这些通讯落在许多低端示波器的带宽范围内。例如L ec roy的WaveRunner提供CANbus能力，可以在特定总线事件时触发，解码通知信息，并以工程师易懂的方式显示结果。示波器中与特定总线相关联的能力可以使工程师将触发CANbus活动的模拟和数字事件关联，观察总线通讯如何影响总线上的传感器和动作器。

“由于工程师加速了从并行到串行总线的转化，他们希望以更为有用的方式来查看总线信息，”Tektronix产品计划经理Gary Waldo说，“在I²C通讯中，你希望识别在采集中每个信息、如包开始，地址，数据，包结束及其他信息。当工程师采用典型的数字示波器时，他们必须检查每个串行字节，并手动解码这些字节至十六位地址和数据值。不幸地是许多工程师还得一边斜着眼睛看显示，一边草草将1及0代码写在纸上。”

Tektronix DP04000示波器家族可以提供一个选择，该选择可以触发，获取，解码12C信号，以及SPI和CAN信号(图2)。Waldo说：“示波器的软件可以拿来一个包并从中提取信息，如地址值，读或写周期，确认字，数据等，这些示波器可以以总线波形，表格形式，或有时间印记的方式展示该信息，迅速汇总所有总线活动。另外，这些类型的示波器可以允许你搜寻某终止的采集中特定的总线事件，数据包，及地址。

不论你打算检测串行总线字节还是测量供电信号，你都需要仔细看一下示波器带宽。很多工程师知道带宽会限制他们所能观测的频率，通道教目决定他们能观察信号的数量。但是，他们有可能没有完全了解样品率，内存深度和带宽间关系。

带宽和样品率比较容易理解，Agilent公司的Chang说：“理论上讲，为了准确捕捉有特定带宽的信号，你必须以两倍带宽频率取样，许多示波器以4到5倍带宽频率取样来保证良好表现。有些供应商以10倍带宽频率取样，但是这种过度取样的技术可能迅速占用内存，示波器收集r无用的数据。如果示波器以10倍带宽频率取样，则比采用较低取样率示波器需要更多的内存。”

因此，为什么要以十倍带宽标准取样呢?示波器采用某种算法来连接数据点并产生光滑图形，有些算法需要的点数更多。Tektronix的Gary Waldo说：“sin(x)／x算法需要五倍取样率／带宽比率来准确重新制造信号，但是线性插图法需要10倍。

尽管sin(x)／X插图法可能得到看起来更漂亮的信号，但是可能导致工程师看到根本就不存在的平滑信号。因此，工程师应当采用所要测试信号种类的已知信号来“试驾”示波器，以此来观察示波器展示信号信息的准确程度。

有些示波器用户认为具有高取样率的示波器可以更好地捕捉快速和难测的信号，“但不总是这样，”Agilent公司的Chang说：“当信号进入示波器后，穿过限制示波器带宽的低通过滤器。因此，过滤器在信号到达ADC前截断了超过带宽的高频错误。”因此，高取样率并不自动转换为高带宽。

当工程师考虑示波器总体带宽的同时，他们也应当保证这些带宽在所有通道中平等地应用。在有些仪器中，他们发现取样率及带宽随着多通道的开通而减少。因此，如果某应用需要同时在所有通道中捕捉具有500MHz带宽单发事件，需要确保示波器可以符合要求。

尽管带宽似乎像简单规格那样容易理解，但它需要仔细的思考。“如果你必须测量一个100MHz信号，不要买100MHz带宽的示波器，”

LeCroy的Dr．Mike Lauterbach解释说，“带宽规定了示波器幅频图上的一3dB点，所以对于100MHz带宽示波器，100MHz信号低3dB开始。尽管有人推荐4倍带宽的示波器，但你需要至少具有你信号两倍带宽的示波器。”观察你信号的能量谱图，并以此来确定你所需要的带宽。

示波器的预计使用年限也应计入带宽要求中。“如果你希望使用这个示波器2-5年，你需要有足够的带宽来满足你这段使用时限内的设计和要求，”Lauterbach说，“工程师经常只买满足他们当前带宽要求的产品。而公司如果现在出多一些钱，那么将来它的工程师就不必在几年内重新购买新的更高带宽的示波器。”