示波器主要有五大功能：即對信號進行捕獲，觀察，測量，分析和存檔。被測信號經(jīng)過探頭和前端放大器以及歸一化后轉(zhuǎn)換成ADC可以接受的電壓范圍，采樣保持電路按固定的采樣率將信號分割成一個個獨立的采樣電平，ADC將這些電平轉(zhuǎn)化為數(shù)字的采樣點，這些數(shù)字的采樣點保存在采集存儲器里送顯示和測量分析。間歇性瞬態(tài)事件和毛刺是難解決的問題，特別是在不了解瞬態(tài)信號的特點時。力科示波器包括多種工具，可以幫助您捕獲和定位這些討厭的瞬態(tài)信號。本文將重點介紹毛刺搜尋技術(shù)。

　　排除觸發(fā)

　　可以對周期性波形應(yīng)用排除觸發(fā)，如時鐘信號。這些波形有標(biāo)稱的形狀，不會呈現(xiàn)出任何規(guī)律性變化。大多數(shù)瞬態(tài)信號本身會表現(xiàn)為異常定時。排除觸發(fā)的概念是測量信號的標(biāo)稱定時，在信號超出標(biāo)稱值范圍時觸發(fā)示波器。事實上，排除觸發(fā)實際上"埋伏著等待"事件發(fā)生。您可以把排除觸發(fā)與使用順序模式采集實現(xiàn)的快速更新速率結(jié)合起來，以每秒高達(dá)160,000次的速率捕獲間歇性異常信號。與其它老式技術(shù)相比，這可以大大提高查看信號問題的能力，因為老式技術(shù)雖然觸發(fā)速度快，但捕獲的主要是"正常"形狀的信號。

　　圖1: 使用參數(shù)測量確定排除觸發(fā)極限。

　　圖1中的方波是典型的周期性時鐘波形。我們可以使用測量參數(shù)，如周期、寬度、頻率或占空比，作為排除觸發(fā)的基礎(chǔ)。在本例中，我們選擇了脈寬。我們使用參數(shù)統(tǒng)計測量脈寬，確定典型波形的值和值。在圖1的實例中，標(biāo)稱脈寬是1.25 μs,值是1.248584 μs,值是1.251525 μs.從這些數(shù)據(jù)中，可以根據(jù)脈寬設(shè)置排除觸發(fā)。如果輸入脈寬超出范圍1.24 - 1.26 μs,那么示波器將觸發(fā)。

　　圖2: 使用脈寬設(shè)置SMART Trigger排除觸發(fā)。

　　在圖2中，我們根據(jù)脈寬使用SMART Trigger設(shè)置觸發(fā)。

　　如果脈寬小于1.24 μs或大于1.26 μs,那么示波器將觸發(fā)。示波器采集中將排除寬度位于標(biāo)稱范圍內(nèi)的脈沖。圖中采集的通道2曲線顯示了寬度較窄的欠幅脈沖。

　　順序模式采集把示波器的采集存儲器分成多20,000個段。每個段采集掃描，示波器觸發(fā)釋抑所有與采集無關(guān)的函數(shù)，直到填充完所有段。這意味著示波器能夠在采集之間實現(xiàn)的死區(qū)時間達(dá)到。即使在使用示波器的全部四條通道時，順序模式下的更新速率仍可以高達(dá)每秒掃描160,000次。從采集開始直到填充順序模式緩沖器，將一直保持這種采集速率。除快速更新速率外，示波器會在每次采集中打上時戳。這告訴用戶觸發(fā)事件之間的時間間隔。在使用排除觸發(fā)時，順序模式時戳告訴毛刺之間的時間。這些信息非常重要，因為它提供了與導(dǎo)致毛刺的現(xiàn)象有關(guān)的額外信息。圖3顯示了從Timebase對話框中控制的順序模式設(shè)置。用戶可以設(shè)置采集的段數(shù)。在本例中，每個順序采集中有20個段。圖3中的順序模式采集顯示為相鄰的段。這只是從Display對話框中可以選擇的五種順序模式顯示類型中的一種。圖4以鑲嵌格式顯示了相同的數(shù)據(jù)，在一個由多達(dá)80個段組成的數(shù)組中，它顯示了20個段。

　　圖3: Timebase對話框中的順序模式設(shè)置。

　　圖4: 在鑲嵌型畫面中顯示順序波形。

　　Vertical下拉菜單中Channel Status選項下的順序模式時戳同時提供了每個觸發(fā)事件的時間和事件之間的相對時間，從圖5中可以看到這些時間。在這個圖中，瞬態(tài)事件之間的時間是0.65秒到2秒以上。

　　基于寬度、周期、頻率或占空比等信號定時的排除觸發(fā)為確定毛刺和其它異常信號提供了快捷的方式。如前所述，它只能應(yīng)用到周期性波形上，如時鐘。對比較通用的波形類型，可以結(jié)合使用Track數(shù)學(xué)函數(shù)和長存儲器，捕獲、定位和分離波形毛刺。

　　參數(shù)追蹤函數(shù)

　　數(shù)學(xué)追蹤函數(shù)創(chuàng)建一個波形，顯示在時間上與源波形同步的參數(shù)值歷史。圖6顯示了脈寬的追蹤函數(shù)（下面的曲線）及源波形。追蹤波形的垂直標(biāo)度是脈寬，單位為ns.注意，追蹤幅度變化在時間上與源波形變化同步。

　　可以從示波器140多個參數(shù)的任何一個參數(shù)中創(chuàng)建追蹤函數(shù)。

　　圖5: 觸發(fā)時戳畫面，顯示瞬態(tài)事件之間的時間。

　　使用追蹤函數(shù)的方式是把它應(yīng)用到長記錄中，使用追蹤函數(shù)找到異常波形或毛刺。

　　圖6: 脈寬追蹤函數(shù)及其源波形實例。

　　圖7: 使用追蹤函數(shù)定位長數(shù)據(jù)記錄中的毛刺。

　　在圖7中，下面的曲線是寬度追蹤圖。垂直尖峰表示寬度值較低。尖峰的位置在時間上與數(shù)據(jù)記錄中發(fā)生的窄毛刺相關(guān)。由于記錄中有326,000個脈沖，因此能夠定位單個異常波形是一個明確的優(yōu)勢。如果我們?yōu)橥ǖ?創(chuàng)建一條縮放曲線，使用Multi-Zoom在追蹤的尖峰周圍擴展，我們可以看到瞬態(tài)信號。圖8顯示了這一過程。

　　毛刺是電路設(shè)計中常用詞。數(shù)字電路中常將毛刺定義為采樣間越過邏輯門限以上的任何跳變，主要是指電路輸出波形中含有時間很短有規(guī)律或沒有規(guī)律的脈沖而又對設(shè)計沒有用處或產(chǎn)生其他影響，一般都要考慮去除毛刺。通?？梢酝ㄟ^加某些元件（如電容濾波）或者改變電路設(shè)計實現(xiàn)消除毛刺。信號在FPGA器件內(nèi)部通過連線和邏輯單元時，都有一定的延時。延時的大小與連線的長短和邏輯單元的數(shù)目有關(guān)，同時還受器件的制造工藝、工作電壓、溫度等條件的影響。信號的高低電平轉(zhuǎn)換也需要一定的過渡時間。由于存在這兩方面因素，多路信號的電平值發(fā)生變化時，在信號變化的瞬間，組合邏輯的輸出有先后順序，并不是同時變化，往往會出現(xiàn)一些不正確的尖峰信號，這些尖峰信號稱為"毛刺".如果一個組合邏輯電路中有"毛刺"出現(xiàn)，就說明該電路存在"冒險".（與分立元件不同，由于PLD內(nèi)部不存在寄生電容電感，這些毛刺將被完整的保留并向下傳遞，因此毛刺現(xiàn)象赑LD、FPGA設(shè)計中尤為突出）在本例中，我們把測試條件Q1設(shè)置為脈寬小于等于1.24 μs時為真。我們把測試條件Q2設(shè)置為在脈寬大于等于1.26 μs時為真。如圖9所示，在脈寬超出范圍1.24 - 1.26 μs時，實際測試會停止。在啟動通過/失敗測試時，示波器將運行，而不必監(jiān)測數(shù)據(jù)采集。它將自動記錄滿足測試標(biāo)準(zhǔn)的所有毛刺。根據(jù)參數(shù)極限、雙極限或模板，多可以使用8個測試條件。這些測試條件可以采用各種邏輯組合，實現(xiàn)非常強大的功能。

　　圖8: 使用Multi-Zoom定位和分離毛刺。

　　直方圖

　　在質(zhì)量管理中，如何預(yù)測并監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量狀況？如何對質(zhì)量波動進行分析？直方圖就是一目了然地把這些問題圖表化處理的工具。它通過對收集到的貌似無序的數(shù)據(jù)進行處理，來反映產(chǎn)品質(zhì)量的分布情況，判斷和預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量及不合格率。 直方圖又稱質(zhì)量分布圖，柱狀圖，它是表示資料變化情況的一種主要工具。用直方圖可以的資料，解析出規(guī)則性，比較直觀地看出產(chǎn)品質(zhì)量特性的分布狀態(tài)，對於資分布狀況一目了然，便於判斷其總體質(zhì)量分布情況。

　　被測參數(shù)的直方圖提供了"毛刺"現(xiàn)象的統(tǒng)計視圖。直方圖可以提供與毛刺發(fā)生數(shù)量、大小和頻率有關(guān)的信息。在圖10中，我們使用脈寬的直方圖，分析采集的所有脈沖的寬度。我們使用相同的通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)（1.24 μs<寬度< 1.26 μs）。我們設(shè)置了直方圖專用參數(shù)，獲得中間值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、范圍及發(fā)生頻率的寬度值（X@Peak）。

　　圖9: 通過/失敗測試操作對話框概括了測試條件。

　　圖10: 直方圖、通過/失敗測試和順序模式相結(jié)合。

　　我們還使用順序模式采集，改善測量更新速率。由于順序模式在采集過程中觸發(fā)釋抑所有不重要的操作，因此它可以大大提高示波器的更新速率。采集（掃描）時間越長、段數(shù)越多，得到的更新速率一般會越快。其主要缺點是存儲長度較短（因為每個順序模式采集都只使用部分總存儲容量），在某些情況下會導(dǎo)致采樣率較低。這些設(shè)置要求某些折衷，在進行測量時，每個用戶都要權(quán)衡這些折衷。需要注意的是，在使用通過/失敗測試時，可以自動實現(xiàn)毛刺捕捉過程，用戶可以在設(shè)置完成后做別的事，而由示波器全面存檔捕獲的毛刺。

　　眼圖

　　眼圖是指利用實驗的方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱 為 "眼圖".從"眼圖"上可 以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。眼圖對于展示數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的性能提供了很多有用的信息：可以從中看出碼間串?dāng)_的大小和噪聲的強弱，有助于直觀地了解碼間串?dāng)_和噪聲的影響，評價一個基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；可以指示接收濾波器的調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_。

　　在測量串行數(shù)據(jù)波形時，傳統(tǒng)毛刺捕獲程序是眼圖。不管直接從符號時鐘直接觸發(fā)還是從數(shù)據(jù)流中導(dǎo)出時鐘，眼圖都為使用余輝顯示查看多個數(shù)據(jù)跳變提供了一種非常簡單的方式。可以使用基于模板和/或參數(shù)的通過/失敗測試，評估信號保真度。圖11是使用力科SDA6000串行數(shù)據(jù)分析儀得到的典型的基于模板的眼圖測試結(jié)果。這種模板測試自動定位和顯示違返模板的位。所有力科數(shù)字示波器都可以創(chuàng)建和測試眼圖。SDM串行數(shù)據(jù)模板測試等選件則可以在大多數(shù)示波器中提供眼圖測試設(shè)置和操作功能。

　　圖11: 3.125 GB/s串行數(shù)據(jù)流模板測試，顯示了模板違規(guī)錯誤及導(dǎo)致錯誤的串行位。

　　我們已經(jīng)介紹了使用力科示波器檢測、定位和分離毛刺和其它瞬態(tài)事件的多種方法。如果您還有什么問題，請與力科當(dāng)?shù)劁N售辦事聯(lián)系，與我們的應(yīng)用工程師討論您的毛刺檢測需要。