关于多路工控时序信号的测试和研究

一些做工控机和系统控制产品的用户，发现他们都会进行一项多路信号与时钟时序的测试，一般测试的信号都会在4~7路，加上时钟信号一次最多要测试8路信号。而让测试工程师头疼的问题是，如果在一次时钟序列中将所有信号的时序都捕获进行观测就需要购买具有8路输入通道的示波器。现在市面上主流的示波器通道数最多为4路，所以工程师门只能采取多次测试的方法，即对于8路信号采取每次测试4路再进行对比的方式。然而这种测试方法可能会由于每次测试条件的不同引起误差，进而对系统的时序关系得到错误的结论。

图1：工控机测试板

图2：测试时序信号

通过跟工程师进一步了解，得知此类控制系统对不同的被控设备控制信号的幅度也会不同，因而在测试时不仅需要测试信号间的时序关系，还会测试信号电平幅度值及信号频率的变化，此外还需要测试信号的上升时间及过冲值，通过判断测量值来调试电路改善输出信号质量，所以使用逻辑分析仪只能测试时序，仍不能完全解决用户的测试要求。所以工程师们最急切的需求是有一台多通道的示波器，能够一次完成最多8路信号的时序，幅度及质量测试，这样不仅可以得到更精确的测试结果，还可以提高测试效率。

针对用户提出的要求，我们自己进行了模拟测试并最终验证了其可行性。下面为使用RIGOL的DS4000系列四通道示波器进行的测试演示。测试方法为产生四路具有固定延时关系的脉冲信号，通过在两台示波器和在一台示波器上观察得到的四路信号的时序关系的对比来判定测试测试方法的可靠性。

首先使用RIGOL函数任意波形发生器产生四路具有2.5us延时的脉冲信号A,B,C,D。之后将四路信号输入到一台示波器，A信号为模拟时钟信号。可看到在一台示波器上得到的四路信号的时序关系与设定值相符。即每路信号相对前一路信号的上升沿都有250us的延时。

图3：测试四路有固定时延的信号

图4：四路信号时延关系

之后将四路信号中的A,B路信号输入到示波器1，C,D路信号输入到示波器2，之后看四路信号的时序关系。测试前两台示波器需进行同步设置，以保证两台示波器可以准确的显示信号间的时序关系。

图5：两台示波器测试四路信号时序关系

图6：示波器1测试A,B信号时序

图7：示波器2测试C,D信号时序

从两台示波器测试的四路信号的时序效果来看，四路信号的上升沿相对于参考点位置的时延都为2.5us，与将四路信号同时输入到一台示波器的测试结果是相同的。所以将多台RIGOL示波器进行同步设置后，即可以对多路信号的时序关系及幅度、信号质量等测量通过一次测试完成，提高了工程师测试的准确度和效率。

如果对多于四路信号的测试，可以通过上位机软件将两台示波器的波形显示在同一个界面，这样可以不改变工程师原有信号观测习惯，提供更友好地测试感受。

图8：上位机同步显示多台仪器信号