使用混合信号示波器验证测量混合信号电路

随着电子产品的功能变得日益复杂，混合信号越来越多地出现在工程师设计的产品中。虽然混合信号可以给设计带来灵活性，但由于模拟和数字信号有着不同的频率和幅度特性，因而工程师调试和测试产品的难度也增大了。本文详细介绍了如何利用安捷伦的混合信号示波器来完成设计调试和测试。

如今，无论是在计算机领域，通信领域还是消费类电子领域，当你信手捻来一块电路板时，就会发现其中所使用的器件是多样性的，往往是混合着模拟器件和数字器件，其中模拟部分包括光、声音、温度、压力等现实世界物理信号，以及电源信号、视频信号、AM/FM等调制信号等，而数字部分则包括单片机、微处理器、可编程逻辑器件、DSP等，而像ADC、DAC、某些单片机等则集模拟信号和数字信号于一身。这样的混合结构固然给我们的设计带来了灵活性，但同时也给调试和测试带来了复杂性。其复杂性表现在：

模拟信号的测试和验证需求仍然存在，但同时存在很多路数字信号需要进行同时显示、验证和测试，尤其是需要验证控制信号是否在正确的时间、正确地控制着相关信号。
孤立信号越来越少，多路信号的关联性调试和验证在很多情况下是必须的，而模拟信号速度往往远远低于数字信号，要求仪器在捕获一个慢信号完整周期的同时，还能支持很高的采样率，这就要求仪器有很深的存储深度和多个通道，同时价位还要能被接受。
高速数字信号本身呈现模拟特征(如过冲、振铃等)，需要进行信号完整性测试。
不同器件或芯片间的通信大量使用串行总线，如I²C、SPI、CAN、LIN、USB、SATA、PCI-E等，仪器要和串行通信协议同步来调试验证电路的需求迅速增加。

BGA等特殊封装形式使得很多信号无法测量，可编程器件的使用使得很多关键信号没有在管脚处引出。

领先的测试设备制造商一直致力于混合电路测试技术的研究，新开发的混合信号示波器(MSO|0">MSO)有助于工程师解决混合信号调试和测试方面的难题，有些用户把这种仪器和数码相机做了个比较，发现有很多相似之处，例如：

有广角镜头能力，能捕获全方位景色，拍下突发事件时，也记录下周围的人物和环境。混合信号示波器可全方位捕获模拟和混合信号多达18路或20路，判知异常信号和其它多路数字信号或模拟信号有没有关系。
像素高，一次成像，不仅可记下全景，而且可以对局部细节进行放大而不失真。混合信号示波器标准配置有快响应深存储，可在一个屏幕上同时捕获并显示多达18路信号或20个通道，对每一路的信号都是深度捕获，标配存储深度为1MB～8MB，还有选件可配置为更深，能够放大几万倍来观察和分析细节。
快门抓拍瞬间与所关注的焦点同步。灵活的触发功能可以让您把混合信号示波器和被测对象的运行状态同步起来，比如可与I²C、SPI等串行总线协议同步，还可与SDRAM控制命令、PCI总线命令、LCD驱动电路命令等同步。

混合信号示波器测量方案

由于混合信号电路本身的复杂性，即使您只需要观察一路信号质量，数字示波器和模拟示波器也无法完成，比如，当您需要观察DDR SDRAM的某根数据线信号质量时，眼图分析是常用的手段，在分析时，示波器要首先和DDR SDRAM的读写操作同步，根据DDR SDRAM的命令(参见表1)，这需要占用5个通道分别连接到RAS,CAS,CS,WE,CLK信号上，同时再使用另外一个通道来观察您所关心的数据信号眼图，结果如图1所示，混合信号示波器可轻松获取DDR SDRAM的连续8个读操作(即8个眼图)。

数字存储示波器(DSO)或模拟示波器可以判别信号是否正常，却不能告诉你信号是在什么时候变得不正常的，也就是说，它不能帮助你验证在电路特定的运作状态下，关键信号的质量是否过关，而这对于混合信号示波器来说却是很简单的事情。如图2所示，工程师用混合信号示波器可以发现PCI总线数采插卡在DMA控制器将总线控制权交回CPU后，采插内部的固化软件偶尔会跑飞，根本原因是这时时钟会出现不应该的幅值跌落，导致电路误认为新的时钟周期到来，从而产生误动作，据此工程师又进一步发现导致该幅值跌落的原因，从而解决了这个问题。使用时，只需注意把控制信号连接到逻辑通道上，根据PCI总线命令设定触发条件即可。

上面的功能实质上是混合信号示波器可以与并行总线的控制命令同步，混合信号示波器可以解决的第三个难题是与串行总线同步。比如，I²C总线仅由两根线(时钟线SCL和数据线SDA)组成，如何判断和验证电路是否能正确完成向某个地址(如0x50)读出某个数据(如0x07)呢？混合信号示波器可根据I²C协议来判断两个器件是否通过I²C总线完成通信，对于其它总线如SPI、CAN也是同样方法。也就是说，混合信号示波器能够先将串性总线的协议解出来，然后再与之同步。