示波器使用分析

访客:21085  发表于:2014-05-22 15:32:14

  大量示波器采用多个低速ADC的交织采样技术实现高采样率。但是,这种方法会带来交织杂散信号,以及与整个采样系统中速度最低的ADC的采样率相关的频率分量。这些频率分量及其能量进入仪器后,会形成更强、更多的杂散信号,使得针对精确频谱信息的测量更加困难。了解频率信号采样通道的无杂散动态范围,可以有助于获得理想的测量结果。

  合适地利用FFT实现信号分析,还必须了解示波器的动态范围。高动态范围、无杂散信号等特点对于正确地进行时域采样并将其转换至频域至关重要。示波器的动态范围不可避免地取决于示波器模数转换器(ADC)的性能及其有效位数(ENOB)。有效位数越多,动态范围越高,信噪比(SNR)越大,精度越好。理想ADC可以将给定电压转换至2K个量化等级之一;其中,对于8位ADC,K为8,其对应的量化等级有256个。然而,ADC存在偏置误差和增益误差、非线性误差和噪声,这些均会影响其动态范围,从而,使得其有效位数由8降至4至7之间的某个值。此外,示波器也不仅仅只包括一个模数转换器,它还有前端放大器和滤波器等,这些组件都会带来噪声,进一步劣化总体ENOB.因此,为了实现可测量动态范围的最大化,必须综合考虑整个信号采样链上的全部组件。

  最后需要指出的是,整体灵敏度或者模拟前端放大器的增益倍数对于频谱分析通道处理小信号(例如,电磁干扰所产生的那些信号)的灵敏度具有决定性作用。一些示波器的设置可以小至1mv/格。但是这些设置可能是基于放大显示而非真正的放大器增益,因此它们可能存在放大误差,并且可能会减小示波器的带宽。为了观察电磁干扰以及其它干扰信号对带宽的可能影响,必须将放大器的增益下调至1mV/格。增益为1mv/格的优质放大器可以提高对微小信号作FFT分析时的观察能力。

  多域调试和分析的最后一个难点是不同域之间跨域的触发和采集机制。跨时域和频域采取数据的能力对于在设计工作中缩小问题范围是至关重要的。

  大量工程师不由自主地倾向于使用传统的时域信号触发。这些触发信号可能包括边沿、窗口、矮脉冲(runt)和其它波形。尽管它们可能很容易设定,但是用于观察跨域问题时,基于它们的触发方式通常缺乏稳定性和可重复性。基于模拟或逻辑通道的触发(例如,码型触发),可以有助于缩小捕获某个异常的范围。串行总线协议触发也可以用于分析例如CRC错误或数据包受损等异常事件。利用这些触发技术可以可靠地在屏幕上重现相应的错误,以进行更加深入的分析。采用频域视图观察受损信号或疑似干扰信号,通常可以找出问题的原因。如果某个时钟信号的设计频率为100MHz,如存在不定期影响该时钟信号谐波频率的突发频率干扰,则可能出现锁存失败或者对系统的其它影响。

  最后需要指出的是,采用频域观察,可以更加容易地发现某些影响;而且某些时候这些影响只能通过频域观察才能发现。为了定位某个信号中导致系统出错的、使宽带噪声随机变大的原因,必须使频率模板测试,其工作的方式与大多数常见示波器的时域模板相同。如果某个频域信号进入(干扰)该模板,则示波器可以简单地停止采样,并通过频率、时间回放或者同时进行两者回放以解析事件、找出其根本原因。此外,这些模板也可以设置为精确的dBm条件,用于模拟EMI测试,对于模板违规事件可以做进一步分析。

  复杂嵌入式系统通常存在大量的测试和调试问题。这些问题的解决要求高速、高灵敏度地同步进行时域和频域分析。对于该任务,实时示波器平台是一种良好的工具。但是,所选示波器必须拥有合适的硬件电路和相关工具,以完成合适的多域调试。模拟通道FFT不受通道数量的限制,是一种极好的选择。但是,它们必须可以足够快速地进行FFT才能具有可使用性,实现过采样、提高信噪比,以达到相当于谱频分析仪的动态范围。优良的前端、高ENOB的A/D转换以及大动态范围十分重要,与大增益前端放大器对于小信号测量的重要性类似。跨域触发能力将这些功能或特点结合在一起,为解决问题和设计调试共同提供了一种更快、更简便的方法。

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