运用集成示波器，让五项常见调试使命更高效
跟着复杂性不断上升，实践证明，现代混合信号规划与规划人员可谓势均力敌。嵌入式规划工程师有必要戴几顶帽子，才干高效地确诊和调试最新规划。这意味着他们需求处理下述活动：规划电源，丈量功率功率，在规划中选用无线电，或有必要追寻或许要挟估计操作的噪声来历。
并且，调试当今规划要求在混合域环境中作业，从DC到RF，包含模仿信号和数字信号、串行总线和并行总线。在不太悠远的曩昔，这曾要求满满一作业台的仪器，每台仪器都有自己的接口和设置要求。
可是，正如嵌入式测验要求正在改变相同，测验仪器也在改变，最显着的是集成示波器的呈现。在示波器用户查询中，咱们发现，除他们的示波器外，工程师陈述称，他们每个月需求屡次运用下面的仪器：
●数字电压表87%
●函数产生器68%
●频谱剖析仪45%
●逻辑剖析仪33%
●协议剖析仪15%
这标明示波器–大多数规划作业台的中心仪器–必需为规划人员供给一套更完善的功用和特性，支撑高效查验和调试嵌入式规划。为满意这一需求，测验设备制造商现在开端供给集成示波器，把多台仪器交融到一个小型便携式包装中，并可以一起查看时域信息和频域信息。
市场上最新的集成示波器之一是泰克MDO3000 (图1)，它一起交融六台仪器，包含业界仅有内置到示波器中的独立RF收集体系。其他功用包含逻辑剖析仪、协议剖析仪、恣意函数产生器和数字电压表(DVM)。而这样一台仪器在实践中怎样作业呢?它真能代替多台独立仪器吗?为了测验答复这些问题，咱们运用这台全新集成示波器完结下面五项常见使命，包含：
1.查找反常信号
2.查验串行和并行总线规划
3.查找噪声源
4.运用带噪声的信号进行余量测验
5.验证开关电源规划
自始自终，您取得的优点或许会依据需求和要求改变–必定要细心查看技能数据表，并与估计运用进行比照。而跟着价格下降，到达“规范”数字示波器的水平，一起跟着无线技能在嵌入式体系中遍及，安全地说，集成示波器在这儿可以清楚地代标明波器开展的未来。
图1.泰克MDO3000系列集成示波器在一个便携式包装中供给了六台仪器。
User interface selectable in 11 languages：用户界面有11种言语可供挑选
9‘’display： 9‘’显现器
Protocol decode application modules：协议解码和运用模块
Dedicated spectrum analyzer functions true RF N connectors：专用频谱剖析仪功用和真实RF N连接器
16 digital channels： 16条数字通道
Arbitrary Function Generator：恣意函数产生器
Oscilloscope and DVM inputs：示波器和DVM输入
查找反常信号
发现和捕获反常信号或许是调试进程中最困难的应战之一。仅一个信号上弱小的或偶然产生的反常事情，都或许会直接决议规划能否牢靠运转。
通常情况下，在勘探电路板上的信号时，在波形上偶然会看到弱小的光迹，标明偶然呈现的、非估计的事情，其看上去和数字信号不同。运用辉度等级显现技能，可以协助承认信号上存在偶发反常事情，但它们从屏幕上消失得太快，丈量不到。虽然无限余辉在查看单个信号时会有必定的协助，但它不能兼容快速勘探电路板。
为在勘探规划时发现反常信号，并了解反常事情产生的频次，咱们启用了示波器的色彩等级快速收集方式。这种收集方式把波形收集速度提高到每秒超越280，000个波形，这一速度足以捕获任何反常事情。如图2所示，温度显现技能用赤色标明产生最频频的信号，用蓝色标明产生最不频频的信号。在这个3.3 V数字信号中，可以看到偶然呈现的窄脉冲或毛刺。低起伏欠幅脉冲略高于1 V，也呈现在蓝色中。下一步，咱们运用欠幅脉冲触发，阻隔和捕获每个欠幅脉冲。
图2： FastAcq运用温度显现捕获反常信号。
但欠幅脉冲产生的频次是多少呢?前面板控件可以进入手动和主动波形导航东西，具有卷动和缩放之类的功用，可以查看长收集数据。可是，手动导航长信号收集或许会十分繁琐，并且简略犯错。在手动翻滚数百万个数据点时，或许会漏掉关怀的事情。在手动导航信号时，用户怎样能坚信找到事情产生的一切方位呢?
解决方案是主动查找信号，查找指定事情的一切时点。指定查找事情与指定触发事情的办法类似。然后，示波器将主动符号每个事情，用户可以运用前面板箭头键在符号之间移动，找到事情。
在这种情况下，欠幅脉冲触发设置被复制到主动查找设置中，咱们发现收集信号中有三个欠幅脉冲，之间大约相距3.25 ms.有了这些信息今后，用户可以相关以这种速度产生的事情，阻隔反常信号的成因。
查验串行和并行总线规划
为调试嵌入式体系，包含一起具有并行总线和串行总线的体系，集成示波器供给了多种实用东西，包含处理串行总线的协议剖析仪以及处理并行总线的逻辑剖析仪。
在本例中，在串行方面，规划选用一条SPI串行总线。因为这是一条简略的总线，示波器只需捕获构成SPI串行总线的三个信号。
在简略地界说几个串行总线参数后，如数字门限电平和和串行信号装备，示波器主动解码总线数据，避免了手动解码总线数据，节约几个小时的时刻，削减贵重的过错。
这条SPI串行总线驱动着一个串行到并行转换器。为了查验串行总线和并行总线之间的时序联系，数字通道收集了8个并行总线信号。在界说几个总线参数后，并行总线被主动解码和显现。示波器可以一次解码和显现最多两条并行总线或串行总线。经过同步显现两条总线，串行总线数据和并行总线数据之间的时序联系变得很显着。在大多数情况下，并行总线值会被设置成传送串行数据包之后的串行总线数据值。
为简化调试使命，可以设置串行触发，安稳显现，捕获特定串行事情。在这种情况下，咱们把触发设置成每次在串行总线上传送十六进制数据值B0时捕获信号。如图3所示，在传送十六进制串行值B0时，并行总线值没有改变。进一步查询显现，规划的作业办法与预期办法距离较大。
图3：串行触发捕获B0十六进制数据包，混合信号显现安稳化。
查找嵌入式规划中的噪声来历
另一项常见使命是追寻规划中的噪声来历。集成频谱剖析仪可以运用一台仪器进行混合域调试。在这个实例中，咱们在勘探电路板时，发现一个频率十分高的信号骑在其间一个低频信号上。经过运用时域中的光标丈量，在大约900 MHz处找到首要噪声。
经过切换到集成频谱剖析仪，咱们运用一只近场探头，捕获放射信号。频谱剖析仪的中心频率设置成900 MHz，频宽设置成2 MHz.有一个专用前面板数字键盘，用来设置这些参数及其他RF参数。然后咱们渐渐把近场EMI环路天线移到电路板上，查找900 MHz处的最高信号电平。咱们在FPGA时钟产生器电路输出处找到最强的信号，如图4所示。
图4：在FPGA处检测到强900 MHz辐射。
为进一步进行剖析，可以运用三维频谱图，监测随时刻改变。在本例中，信号体现得适当安稳。在查看FPGA布线后，咱们确认信号对应100 MHz以太网时钟的九阶谐波，电路板布线不良给规划中的其他信号带来了磁性耦合。
运用带噪声的信号进行余量测验
余量测验是另一项日常使命。信号产生器为创立可编程鼓励源供给了一个重要东西，可以用来对某个规划进行余量测验。
在这个比如中，咱们运用集成示波器检定CAN总线串行接收机电路的噪声余量。首要，咱们运用示波器上的一条模仿通道捕获一个动态CAN信号，然后把它加载到集成恣意波形/函数产生器的修改内存中。
然后，咱们运用ARB重复输出捕获的串行鼓励信号，驱动接收机电路的输入。然后咱们运用示波器的第3条通道收集接收机的串行输出，并显现解码后的串行输出。在这个比如中，最好添加一个总线触发，以使显现安稳。
然后咱们在串行信号中添加高斯噪声，监测接收机电路解码后的输出，查找开端改变或消失的数据包，标明误码，如图5所示。
经过监测接收机解码后的输出，咱们发现接收机规划可以很好地处理最高约为串行信号起伏40%的噪声电平，而在噪声电平到达信号起伏的45-50%时，则体现出显着的过错。这种测验办法十分有用，可以敏捷查验接收机规划中的噪声余量。
图5：捕获串行接收机输出上漏掉的串行数据包，标明误码。
验证开关电源规划
经过根据示波器的功率丈量，任何用户都可以敏捷取得像电源专家相同精确的、可重复的成果，即便他们很少处理功率丈量。这个实例说明晰常见功率丈量及怎样经过集成示波器、运用主动功率丈量、集成DVM及差分探头和电流探头完结这些丈量。
在这个比如中，图6显现了来自AC到DC转换器的输入电压(黄色)和电流(蓝色)。然后咱们翻开4位DVM，监测DC输出电压。DVM显现画面右侧的丈量计算标明输出电压十分安稳，图形读数一望而知地显现了电压改变。然后咱们运用功率丈量运用，取得输入功率质量丈量，包含功率、波峰因数和功率因数，检定电源对AC电源的影响。从这儿，咱们运用电流谐波丈量，以图形格局和表格格局供给输入电流频域剖析。
图6：运用DVM监测DC输出电压。AC输入电压波形用黄色显现，电流波形用蓝色显现。
另一个要害功率丈量是开关器材中的开关损耗，这对电源功率是一个首要约束。在这种情况下，咱们丈量跳过MOSFET的差分电压(黄色波形)，别的丈量流经开关器材的电流(蓝色波形)。然后咱们生成瞬时功率波形(图7中的赤色波形)，显现开关损耗功率和能量丈量。
图7：显现开关损耗功率和能量丈量。
最终，安全作业区丈量可以主动监测各种输入和负载条件下的开关行为，履行经过/失利测验。经过比较开关器材的电压、电流、瞬时功率电平与器材的最大额定值，这一丈量用以确保超出目标不会危害器材的牢靠性。
小结
现代嵌入式体系与几年前有些类似，最显着的原因是添加了无线功用。当今正在出产或正在开发的大多数体系规划至少包含一种方式的无线功用，如Wi-Fi、蓝牙或ZigBee.从鼠标、键盘等输入设备到智能家居和流式媒体盒，顾客需求无线技能带来的便当。测验这些体系意味着规划人员有必要可以在混合域环境中作业，从DC到RF，包含模仿信号和数字信号、串行总线和并行总线。
为满意这一需求，测验设备厂商推出了集成示波器，在一个便携式仪器中供给了一套完好的台式仪器。如前所述，这些示波器可以处理多种常见的调试和查验使命，从检测放射EMI的来历到验证开关电源规划。
