混合信号示波器选择多少条通道合适？

混合信号示波器在1993年首次问世，拥有两条模拟通道，配以8条或16条数字通道。之后几年内，主流MSO作为嵌入式系统设计人员的必备调试工具，通道数量基本上锁定在2条或4条模拟通道，外加16条数字通道。嵌入式设计人员之所以采用MSO，是因为它从能够查看2个或4个信号，扩展到能够查看最多20个信号，而不必求助于最后的工具——逻辑分析仪。
 

尽管这种通道数量长期来一直被市场广泛接受，但这是不是仍适合当今的嵌入式系统呢？对示波器制造商和嵌入式系统设计人员来说，这是一个值得思考的问题。制造商必需知道其提供的是不是客户实际需要的、愿意付费购买的测试功能。设计人员则需要适合作业的工具。


对这一问题的思考，推动了多个科研项目的实施，来自世界各地的嵌入式系统工程师正更加深入地考察示波器通道数量问题。最新的5系列MSO在很多地方都体现了这些研究的成果，把提供的模拟通道数量提高到6条或8条，并提供8~64条数字通道。另外还可以在运行过程中重新配置数字通道。


鉴于4通道MSO在过去几年中取得了骄人的成绩，可以这样讲，传统数目的模拟通道和数字通道完全可以满足大多数嵌入式设计人员的需求，更确切地说， 设计人员努力使4通道够用。但有很大一部分工程师（我们的研究中是35%）声称，他们需要的理想模拟通道数量是8条。


过去，在这些工程师需要4个以上的模拟输入时，他们会试图同时使用两台示波器。这种把多台示波器“级联”起来的做法会带来多个挑战。为同步采集，多台示波器必须在同一个时点触发，这既对线缆（或双探头）提出了要求，也需要创造性的触发设置。另外很难比较两个显示屏上的数据，因此许多工程师从两台示波器中获得数据，然后使用电脑把波形合关起来做评估。即使两台示波器型号一模一样，这种同步仍会耗费很长时间，而如果使用的是不同的示波器型号，那么问题会更多。


在数字通道方面，事实证明，数目减少与数目增多同样重要。在某些情况下，许多工程师有很大的挫败感，因为他们被迫购买16条数字通道，而实际上只需要8条数字通道。在我们的研究中，大约75%的受访者声称，他们想要的数字通道数量并不是16条，有的人想要更多，有的人想要更少。


对嵌入式系统设计人员来说，在示波器诸多特点中，灵活性要比通道数量更为重要。我们的研究发现，79%的嵌入式工程师希望示波器“面向未来需求”，拥有多种功能，可以满足面临巨大压力的设计团队的各种需求。


在我们与嵌入式设计人员讨论在哪个阶段需要更多的通道和更高的灵活性时，最常见的回答是在系统级调试期间。在多个子系统开始融汇在一起时，多个处理器、多个电源、多条串行总线和多个I/O设备，这时候系统级查看能力就会变得至关重要。在采用示波器的传统调试方式中，工程师要多次使用2通道或4通道捕获数据，向回追溯信号路径，找到问题的根本原因。当今许多系统要处理来自多个传感器的输入，驱动多个促动器，同时通过多条总线通信，传统调试方式可能会遇到很多问题。这些嵌入式计算系统包括传感器、加速器、处理能力和通信，在不断发展壮大的物联网(IoT)中构成分布式智能设备。


我们研究发现，嵌入式工程师的另一个痛点源自当今系统中电源数量的激增。为优化功耗、性能和速度，即使相对简单的系统可能也会有一个12 V整体供电装置、多个5 V电源、一个3.3 V电源及一个1.8 V电源。检验和调试这些电源的开机和关机顺序，特别是相对于电路板上其他控制信号或状态信号的关系，要求更多的通道和更多的测试。


某些有创造力的工程师报告称，他们使用数字MSO通道上的可变阈值检验电源顺序。在这种情况下，他们把数字通道的阈值设置成略低于电源的标称电压，使用这种设置生成电源、复位线路、中断、状态线路等的“时序图”。这种方法有一个明显缺陷，即电源是用二进制波形表示的，忽略了信号的模拟特点。大多数工程师更愿意使用模拟通道执行这种测试和调试。


对许多应用来说， 4条模拟通道/16条数字通道的传统配置可能就足够了。但如果遇到新问题，而且我们肯定会遇到新问题，那么最好还是知道现在终于有了一些其他方案可供选择。