如何利用示波器测试低占空比脉冲信号

高速信号在提升电子设备性能的的同时，也为检定和调试的设计工程师带来了很多问题。在这些问题中，一类典型的例子是偶发性或间歇性的事件以及一些低占空比的信号，如激光脉冲或亚稳定性，低占空比雷达脉冲等等。这些事件很难识别和检定，要求测试设备同时提供高采样率和超强的数据捕获能力。这对示波器性能提出了极高的要求。在过去，要对这些信号的测试不得不在分辨率和捕获长度之间进行取舍：所有示波器的存储长度都是有限的；在示波器中，采样率×采集时间＝采集内存，以使用示波器的所有采集内存为例，采样率越高，则数据采集的时间窗口越小；另一方面，若需要加长采集时间窗口，则需要以降低水平分辨率( 降低采样率) 为代价。

当前的高性能示波器提供了高采样率和高带宽，因此现在的关键问题是优化示波器捕获的信号质量，其中包括：怎样以足够高的水平分辨率捕获多个事件，以有效地进行分析；怎样只存储和显示必要的数据，优化存储器的使用。

对于这两个关键问题，泰克的高性能示波器采用FastFrame分段存储技术，改善了存储使用效率和数据采集质量，消除了采集时间窗口和水平分辨率不可兼得的矛盾。

本文将分别介绍传统方法和FastFrame分段存储技术测试偶发性或间歇性的事件以及一些低占空比的信号，从而分析FastFrame分段存储技术在实际测试带来好处。

传统测试方法

传统测试低占空比脉冲等间歇性的信号，通常利用数字示波器。为了提高测试精度，通常使用示波器的最高采样率来采集波形数据。通常在高采样率的支持下，可以看到大部分波形细节，见图1。

但是，如果想查看多个连续脉冲，那么必须提高采集的时间窗口。要让多个脉冲落在示波器提供的有限存储器内，很多时候必须通过降低采样率来达到。显而易见地，降低采样率本身会降低水平分辨率，使得时间测试精度大大下降。当然，用户也可以扩展示波器的存储器的长度，在不降低采样率的情况下提高采集时间窗口。但是，这种方法有其局限性。尽管存储技术不断进步，高速采集存储器仍是一种昂贵的资源，而且很难判断多少存储容量才足够。即使拥有被认为很长的存储器长度，但可能仍不能捕获最后的、可能是最关键的事件。

图2是在长记录长度时以高分辨率捕获的多个脉冲。从图2中可以看出，时间窗口扩展了10倍，可以捕获更多的间歇性脉冲。其实现方式：通常是提高采集数据的时间长度，并提高记录长度，同时保持采样率不变。这种采集方法带来了以下这些缺点：

1. 更大的采集数据提高了存储器和硬盘的存储要求。
2. 更大的采集数据影响着I/O传送速率。
3. 更高的记录长度提高了用户承担的成本。
4. .由于示波器要处理更多的信息，因此前后两次采集之间的不活动时间或“死区时间”提高了，导致更新速率下降。

考虑到这些矛盾，必须不断地在高采样率与每条通道提供的存储长度中间做出平衡，并且还是很难达到测试更多个脉冲的需求。

利用FastFrame测试方法

FastFrame分段存储的原理

为解决上述的问题，业内运用了许多技术。一种流行的方法是分段存储方案。采用这种存储技术的仪器，如泰克采用FastFrame分段存储技术的示波器，允许把现有的存储器分成一系列段，然后每一次触发后采集的数据只填充其中一段，每次采集都可使用所需的采样率。通过根据测试要求定义触发条件，可以只捕获感兴趣的波形段，然后将捕获的每个事件存储在拥有各自编号的存储段中。采集完成以后，用户可以按捕获顺序单独查看各个存储段的波形或帧数据，或分层显示多个存储段波形或帧数据，以方便对测试结果进行比对；同时FastFrame技术还可以忽略不想要的波形段，从而把重点放在感兴趣的信号上。

图3是示波器利用FastFrame分段存储技术采集图2中同样的信号，通过利用FastFrame技术，可以与图1一样以同样小的记录长度和同样高的采样率捕获最多脉冲波形数目，分段存储内容重叠在一起，这样所有脉冲在屏幕上相互堆叠起来，并可以观测所有波形的变化情况。

FastFrame分段存储的优势和特点

• 示波器利用FastFrame分段存储技术的优势如下：
• 高波形捕获速率提高了捕获偶发事件的能力。
• 使用高采样率，保留了波形细节。
• 如果脉冲重复速度小于示波器的最高触发速率，则捕获的脉冲之间没有漏失脉冲，保证有效利用记录长度存储器。
• 可以迅速地以可视方式比较波形段，确定重叠的波形中是否会异常变化。
• FastFrame技术可以获取采集帧的时间相关信息

当打开示波器的FastFrame，FastFrame分段存储技术依照所选定的帧数和每帧点数(帧长度) 自动计算和选择所需的记录长度。根据提供的示波器存储器，它