怎样利用示波器测试低占空比脉冲信号.pdf

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 采样率和超强的数据捕获能力。这对示波器性能提出了极 的要求。在过去，要 对这些信号的测试不得不在分 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 率(降低采样率)为代价。 当前的高性能示波器提供了 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 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 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。 1. 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 度，通 常使用示波器的最 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 率，使得时间测试 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， 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 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 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 ，并 且还是很难达到测试更多个脉冲的需求。 图1 图2 2. 利用FastFrame 测试方法 2.1 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 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 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。 2.2 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： 1. 高波形捕获速率提高了捕获偶发事件的能力