触摸过嵌入式体系开发的朋友们必定遇到过这样的问题，嵌入式体系往往需求一起对时域和频域傍边的许多个信号进行检测，而依托传统的办法是彻底无法做到的，这时咱们就需求数字示波器的协助。其实基带数字信号、射频信号和模仿信号都是有彼此相关和依存的联系的，可是传统的办法无法描绘它们之间的联系。而这些问题都能够经过数字示波器来处理，不只方便了规划，还节省了许多的时刻和精力。
本文运用了具有多模仿通道和数字通道的示波器来进行解说，将介绍怎么运用该示波器检查和调试体系中的不同信号，以及使得该体系能够正常作业的许多关键因素。
傅立叶改换
在示波器傍边，对信号的幅值进行捕捉并不是最重要的，由于信号都是与时刻和幅值有关的函数，所以重要的是，要知道捕捉信号怎么随时刻而改变。傅立叶改换是将时域函数改换成频域频谱的首要技能。该改换能够为某个时域波形中采样的信号给出时刻点的频谱快照。它使得瞬时频谱能够丈量，然后能够丈量某个信号在任何时刻的频率重量。据此，能够调查频谱随时刻而发生的改变，了解什么时分存在搅扰以及什么时分不存在搅扰，时域事情和频域事情之间是怎么相关的。
在离散傅立叶（DFT）改换中，必定数量时域信号样点被转化成频率样点，每一个频率样点都由时域样点经过算法函数核算得出。快速傅立叶(FFT)改换是一种完结离散改换的高效办法。能够将必定数量的离散采样改换至频域。示波器一般运用快速傅立叶改换的采样技能，将时域采样改换至频域。
值得注意的是，现在许多示波器在对快速傅立叶改换进行完结时，都存在一个极限问题。虽然人们只对一部分频率规模感兴趣。可是，FFT的核算进程是针对整个采样信息进行的。这种核算办法功率低下，使得整个进程速度较慢。数字下变频(DDC)处理了这一问题，其办法是将方针频带宽度下变频至基带，并以较低采样率对其从头采样，完结了在小得多的记载长度上进行快速傅立叶改换。因而，其核算速度更快、愈加挨近实时功用，也具有更高灵活性。这种灵活性一般能够转变成多域调试运用中所要求的功用。除此之外，由于实践改换是在基带频率上完结的，因而，这种办法还能够完结过采样的长处。这进一步改进了在方针频带宽度上的信噪比。
由于FFT频谱发生于原始的时域信号，因而经过对同一信号进行时刻和频率上的剖析，能够取得许多的有用信息。某个信号在时域中或许是安稳和正确的，在频域剖析时能够发现噪声变大、不知道的杂散信号以及其他在时域剖析中不易发现的反常事情。在某些示波器上还能够运用时域选通剖析功用。凭借该功用，能够完结更强壮的检测功用。经过选通方法进行FFT改换或许约束在某个时刻记载的特定方位作FFT，能够在指定的时刻点调查傅立叶改换，然后有助于确认发生问题的时刻点。取得搅扰信号的周期或频率之后，能够愈加准确、快速扫除过失或许毛病。
这里有一点需求阐明，在对频谱进行剖析时，不要将其捆绑在固定的通道上进行。由于在某些情况下，事情或许影响多个通道的信号，对多个通道一起进行频谱剖析能够供给更多的测验信息。如在时刻上彼此相关的被搅扰信号和搅扰信号的频谱剖析视图能够为问题剖析供给有力依据。
动态规模
假如想要完结选用FFT的信号来进行剖析，就必定要把握示波器的动态规模。高动态规模、无杂散信号等特色。关于正确地进行时域采样并将其转化至频域至关重要。示波器的动态规模不可避免地取决于示波器模数转化器(ADC)的功用及其有效位数(ENOB)。有效位数越多，动态规模越高，信噪比(SNR)越大，精度越好。抱负ADC能够将给定电压转化至2K个量化等级之一。其间，关于8位ADC，K为8，其对应的量化等级有256个。可是，ADC存在偏置差错、增益差错、非线性差错、噪声等这些问题，这些均会影响其动态规模，然后，使得其有效位数由8位降至4至7位之间的某个值。此外，示波器也不只仅只包含一个模数转化器，它还有前端扩大器和滤波器等，这些组件都会带来噪声，进一步劣化全体ENOB。因而，为了完结可丈量动态规模的最大化，有必要归纳考虑整个信号采样链上的悉数组件。
许多示波器选用多个低速ADC的交错采样技能完结高采样率。可是，这种办法会带来交错杂散信号，以及与整个采样体系中速度最低的ADC的采样率相关的频率重量。这些频率重量及其能量进入仪器后，会构成更强、更多的杂散信号，使得针对准确频谱信息的丈量愈加困难。了解频率信号采样通道的无杂散动态规模，能够有助于取得抱负的丈量成果。
最终需求指出的是，全体灵敏度或许模仿前端扩大器的增益倍数，关于频谱剖析通道处理小信号(例如，电磁搅扰所发生的那些信号)的灵敏度具有决定性效果。一些示波器的设置能够小至1mv/格。可是这些设置或许是根据扩大显现而非真实的扩大器增益，因而它们或许存在扩大差错，并且或许会减小示波器的带宽。为了调查电磁搅扰以及其它搅扰信号对带宽的或许影响，有必要将扩大器的增益下调至1mV/格。增益为1mv/格的优质扩大器能够进步对细小信号作FFT剖析时的调查才干。
触发和采样
触发和采样能够说是多域丈量的最终的一个难点。跨时域和频域采纳数据的才干关于在规划作业中缩小问题规模是至关重要的。
在这里，仍旧有许多工程师习惯性的挑选运用传统的时域信号触发。这些触发信号或许包含边缘、窗口、矮脉冲(runt)和其它波形。虽然它们或许很简略设定，可是用于调查跨域问题时，根据它们的触发方法一般缺少安稳性和可重复性。根据模仿或逻辑通道的触发(例如，码型触发)，能够有助于缩小捕获某个反常的规模。串行总线协议触发也能够用于剖析例如CRC过错或数据包受损等反常事情。运用这些触发技能能够在屏幕上重现相应的过错，以进行愈加深化的剖析。选用频域视图调查受损信号或疑似搅扰信号，一般能够找出问题的原因。假如某个时钟信号的规划频率为100MHz，如存在不定期影响该时钟信号谐波频率的突发频率搅扰，则或许呈现锁存失利或许对体系的其它影响。
假如想要愈加快捷的发现存在哪些影响，就要运用频域来进行调查。并且某些时分这些影响只能经过频域调查才干发现。为了定位某个信号中导致体系犯错，或许使宽带噪声随机变大的原因，有必要运用频率模板测验，其作业的方法与大多数常见示波器的时域模板相同。假如某个频域信号进入(搅扰)该模板，则示波器能够简略地中止采样，并经过频率、时刻回放或许一起进行两者回放以解析事情、找出其根本原因。此外，这些模板也能够设置为准确的dBm条件，用于模仿EMI测验，关于模板违规事情能够做进一步剖析。
嵌入式原本便是一个极端杂乱的体系，在对其进行调试和丈量时，就需求一种高灵敏度、快速的剖析方法。数字示波器其实便是一个非常好的东西，可是这对示波器的要求相对较高，有必要装备适宜的硬件电路及相关东西。期望我们在看过这篇文章之后，能对示波器的运用有进一步的知道。
