模拟与数字电路使用混合信号的验证和测量方法

模拟与数字电路使用混合信号的验证和测量方法

无论是在计算机领域，通信领域还是消费电子领域，当我们随手拿来一块电路板时，都会发现其中所使用的器件是多种多样的，往往是混合了模拟器件和数字器件，模拟部分包括光、声、音、温度、压力等现实世界物理信号、电源信号、视频信号、AM/FM等调制信号等，数字部分则包括单片机，微处理器，可编程逻辑器件，DSP等，而象ADC，DAC,某些单片机等则集模拟信号和数字信号于一个器件上。这样的混合结构给我们的设计带来了强大的灵活性，但同时也给调试和测试带来了以下复杂性：

１、模拟信号的测试和验证需要仍然存在，但同时存在很多路的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有无在正确的时间，正确的控制相关的信号。

２、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，而模拟信号的速度往往低于数字信号，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很多个通道，价位还可要可以被接受。

３、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。

４、不同器件或芯片间的通信大量使用串行总线，如I2C,SPI,CA N,LIN,USB,SATA,PCI-E等，仪器要和串行通信协议同步才能更好的调试验证电路。

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

安捷伦近年来一直致力于混合电路测试技术的研究，从而开发了混合信号示波器，该仪器与专业数码相机的功能类似：

１、广角镜头能捕获全方位的景色，拍下突发事件时，也清楚地记录下周围人物和环境。混合信号示波器（MSO）可全方位捕获模拟和数字信号多达18路和20路，判知异常信号和其他多路数字信号或模拟信号有没有关系。

２、800万CCD,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。对应混合信号示波器（MSO）,标准配置的快响应深存储，可在一个屏幕上同时捕获或显示多达18或20个通道，对每一路的信号都是深度捕获，存储深度可达8MB,因此可放大几万倍来观察和分析细节。

自动快速对焦，让相机和所拍摄物迅速同步完成对焦。对应混合信号示波器的灵活触发功能可以让你把混合信号示波器（MSO)和被测对象的运行状态同步起来，比如，可与I2C,SPI等串行总线的协议同步，可与SDRAM控制命令，PCI总线命令，LCD驱动电路命令等同步。

下面我们来看一下混合信号示波器（MSO）到底是一种什么样的测试仪器：

一、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的质量，数字示波器和模拟示波器也无法完成，比如，当你需要观察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（参见下表），这需要占用五个通道分别连接到RAS,CAS,CS,WE,CLK信号上，同时再使用另外一个通道来观察你所关心的数据信号眼图，结果如下图所示，混合信号示波器（MSO）轻松获取DDR SDRAM的连续８个读操作（８个眼图），这对于普通数字存储示波器（DSO）来说是不可能的，因为他没有足够多的通道锁定SDRAM的操作，（为让整个显示更加清楚，我们故意没有显示那５路作触发用的信号）。

二、混合信号示波器解决的另一个难题是，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，反过来讲，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，而这对混合信号示波器来讲，则是再简单不过的事，如下图所示，安捷伦的研发工程师用混合信号示波器，发现其PCI总线数采插卡在DMA控制器将总线控制权交回CPU后，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。

三、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相同步，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仅由两根线（时钟线SCL,数据线SDA）组成，如何判断和验证电路可以正确的完成某个地址（如0x50），读出某个数据（如0x50），混合信号示波器（如MSO6054A）完全可以根据I2C的协议，来判断，两个器件是否透过I2C总线完成通信，对于其他总线，如SPI,CAN也是同样的