采用混合信号示波器实现对嵌入式系统的快速分析[图]

对于嵌入式系统而言，其承担的任务越多，系统也就越复杂。与此同时，数字器件与模拟器件之间的接口种类和数量也随之增长。单独一个设计就有可能采用单bit信号、时钟型或非时钟型并行数据总线和串行数据总线、标准或专用的传输格式以及各种数据传输率。

任何人如果想应对这种不断增长的复杂性，必须对所有这些不同电平的接口信号进行分析。这些分析工作通常需要一个由多种仪器的组成测试系统，且各个仪器的操作也是各不相同：模拟波形采用示波器进行分析，数字信号需要使用逻辑分析仪，而传输协议则借助协议分析仪进行分析。

在过去，示波器主要用于观察随着时间而变化的电压信号。现在，它已经发展成一种通用的测试仪器。最新示波器可配置为混合信号示波器，除了模拟通道之外，还提供有数字通道，可以分析数字状态和协议细节。其结果是，仅需一台仪器、一个用户接口，就可以完成电路中不同信号分析工作。因此，混合信号示波器对于硬件开发期间的信号完整性分析非常有价值，且对软件开发期间的信号信息内容分析的作用也越来越大。

本文主要介绍混合信号示波器的功能，并以带有可集成式R&S RTO-B1混合信号选件的罗德与施瓦茨RTO系列示波器为示例，描述如何使用这些功能。

2 混合信号示波器的功能

(1)两阶段式工作原理：采集阶段和分析阶段

数字式示波器的工作过程可以分解为两个连续的阶段，即采集阶段及其后续分析阶段。在采集阶段期间，采样的测试信号保存在数据存储器内。采集阶段的特性主要由采样频率、采集深度和触发类型来体现。

在分析阶段对已经采集的波形进行分析并输出至用户接口，例如输出至仪器上的显示屏或者以文件形式输出。数字式示波器的数据分析功能包含缩放、测量、光标、数学运算和搜索功能。

无论模拟通道，还是数字通道，混合信号示波器均使用两阶段式工作原理，除了可以继续被用作传统的示波器，还集成数字通道。通道数量众多，以及由此而带来众多的设置选项，使得简洁、清晰的用户接口显得更加重要。

R&S RTO设计有精简的菜单结构和信号流图，带有混合信号选件，使用极为简单、直观。操作菜单采用透明设计，测试窗口始终可见(见图1)。因此，可以即时观察到任何设置更改对波形可能带来影响和变化。波形可以按组显示在屏幕上独立的窗口内，以提高清晰度。

     图1 R&S RTO示波器

(2)时间同步

对模拟通道和数字通道的采集是在同一台仪器上同时进行的，因此模拟波形、数字信号和协议信息具有时间相关性，可在同一个时间点进行分析。

为了同步地采集信号，必须对模拟通道和数字通道之间的延时进行补偿。配备了混合信号选件，RTO会在仪器内部的数字通道探头盒和模拟通道探头连接器之间完成这种延时补偿。模拟探头和数字探头线之间的延时相对较小，如果这点时域对用户测量影响不大，就无需再进行其它任何设置。

(3)时间分辨率和采集周期

模拟和数字通道均优先采用高时间分辨率，原因在于，数字信号中的事件均采用高时间精度进行分析，即使极窄的毛刺也能可靠地检测。当将数字通道用作触发源，也可以高精度地确定触发时间，保证屏幕上观测到的波形抖动实现最小化。

R&S RTO-B1混合信号选件可以为16个数字通道提供高达5Gsample/s的采样频率；与此相比，模拟通道的采样频率则为10Gsample/s由此，数字通道的时间分辨率可达200ps。同时，在其整个200Msample的采集深度上都可以获得如此高的分辨率，这在这一级别的示波器中是惟一的。即使触发事件很久之后才出现的事件，也可采用极高的时间精度进行显示。混合信号选件的数据存储器独立于主机。因此，200Msampl的采集深度不会受到当前正在使用的模拟和数字通道的数量的影响。

如果模拟通道的时间分辨率大于数字通道(如采样率达到10Gsample/s时或插值期间)，则使用采样与保持插值，将数字通道调整至模拟通道的采样率。因此，可以实现模拟波形和数字信号的联合分析。

单数字通道最大采集深度200Msample，适于大多数应用中从串行总线采集较长的数据序列。例如，比特率400Mbit/s采样频率5Gsample/s，可以实现16Mbit的采集深度。

该存储深度即可用于采集较长的数据序列，也可用于采集大量的连续波形。

(4)触发条件