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【360度看新一代示波器】系列之四: 最大化內存使用率且保證波形細節

2019-11-14 11:00:20 來源:泰克
復雜系統的調試和驗證面臨許多測試技術挑戰,包括捕獲和可視化多個不頻繁或間斷出現的事件,如串行數據包、激光脈沖和故障信號。為了準確測量和表征這些信號,必須在長時間內高采樣率捕獲它們。

示波器的默認采集模式因為其有限的記錄長度會強制在采樣率和捕獲時間進行妥協。使用更高的采樣率可以更快地填充儀器的內存,減少數據采集的時間窗口。相反,捕獲長時間的數據通常是以犧牲水平時間分辨率 ( 采樣率 ) 為代價的。

分段存儲架構

FastFrameTM 分段存儲允許將內存分割成多幀。每一幀的記錄長度與啟用 FastFrame 模式之前相同,最大幀數為儀器的最大記錄長度除以一幀的記錄長度。 以指定的采樣率觸發采集并填充每一幀,只捕獲感興趣的波形部分。這些幀可以按照它們被捕獲的順序單獨查看,或者疊加以顯示它們的相似性和差異性,從而使您能夠輕松地審視波形,以便您可以將注意力集中在感興趣的信號上。


圖 1. 利用 5 系列 MSO分段存儲分割內存,實現以高采樣率捕獲多個脈沖。

圖 1 演示了這種方法,捕獲了 100,000 幀。 使用 5 系列 MSO(使用4系列、6系列MSO是相同的)中的 FastFrame分段存儲器,以 3.125 GS/s 的采樣率捕獲脈沖。FastFrame采集模式的觸發速率可以達到每秒500萬幀 ( 采集 / 秒 ),這比示波器其他的觸發速率都要快得多。


圖 2.所有獲取幀疊加顯示允許快速的視覺比較。

在圖 2中,分段存儲幀被疊加,因此所有的脈沖在屏幕上看起來都是堆疊在一起的。這允許對所有獲取幀進行快速的可視比較。 選定的幀被設置為100,000,波形以藍色顯示在疊加幀的頂部。參考幀和所選幀之間的時間差 (Delta) 顯示在顯示器右側的結果面板中。

FastFrame分段存儲方法的優點包括 :

  • 高 FastFrame 波形捕獲率增加捕獲偶發事件的概率
  • 使用高采樣率保證了波形細節使捕捉脈沖的死區時間最小,確保有效利用記錄長度
  • 存儲幀可以快速和直觀地進行比較,以確 定是否在疊加顯示中出現異常
圖 3. 5 系列 MSO 分段存儲顯示,顯示平均總結幀信息。
 
FastFrame 分段存儲支持標準的樣本采集模式、峰值檢測和高分辨率模式。FastFrame 可以在記錄結束時提供一個額外的“摘要”幀。對于采樣和高分辨率的采集模式,可以添加一個平均總結幀來顯示所有幀的平均波形。對于峰值檢測采集模式,可以添加包絡摘要來顯示所有幀中波形的最大值和最小值。


圖 4. 顯示 FastFrame 時間戳,在顯示右側的結果面板中顯示幀 1 和幀 2 之間的時間間隔。顯示頂部的粉紅色時間趨勢柱狀圖, 所有 100,000 個脈沖之間的時間差非常一致。

每一幀的波形只反映了事件的一部分。在每一幀的絕對和相對定時中也有重要的信息。每個觸發點的定時都具有時間戳的特征。觸發器時間插值為每個觸發器時間戳提供了非常高的定時分辨率,比樣本間隔更精確,時間戳以皮秒分辨率顯示。雖然此解決方案可能不適用于單個事件的絕對時間戳,但在度量事件之間的時間間隔時,它會變得非常強大。

測試應用案例
案例1:描述間歇事件 - 脈沖波形特征


圖 5. 對間歇脈沖的分段存儲的定時特性。
 
FastFrame 分段存儲可以為數字設計工程師提供不同類型的功能。例如,如果你的微處理器系統偶爾被中斷,用示波器來收集定時信息就會很困難。如果您不知道事件發生的時間或頻率, 您就無法在正常的采集模式下設置儀器,并確保捕獲所需的信息。
FastFrame 分段存儲器非常適合測試處理器中斷等間歇性波形。在圖 5的示例中,狹窄的數字脈沖以秒為間隔,使用常規的采集方法,即使使用示波器的全記錄長度,這種脈沖測量的時間分辨率也會很低。 FastFrame 分段存儲捕獲指定數量的脈沖來完成分析,同時消除它們之間的“死區時間”。這節省了內存,同時使您能夠以高分辨率捕獲每個脈沖。如圖 5右邊的測量結果表明 ,脈沖寬度測量的平均值 200.5 ns 和標準差約 49 ps。時間趨勢圖頂部的顯示表明有的脈沖相隔1 秒。

案例2:測量偶發事件



圖 6. FastFrame 平均幀總結提供了一種對不常見的信號 ( 在本例中是嘈雜信號 ) 進行高分辨率測量的方法。

FastFrame 平均幀提供了穩定的波形,可以用于對不常見的、 有噪聲的信號進行測量。如圖 6 所示,捕獲 1000 個噪聲脈沖, 疊加并取其平均值。產生的波形可以測量,提供非常高的時間分辨率脈沖寬度測量噪聲信號。

案例3:解碼突發的串行信號


圖 7. 分段存儲捕獲模擬/數字串行總線信號及每個總線的解碼波形,捕獲總線活動并忽略包之間的死區時間。

分段存儲器可以更有效地利用示波器的記錄長度。在圖7所示,IC 串行總線大約有一半時間處于非活動狀態。使 用 FastFrame 可以有效地使可用的記錄長度加倍。在這個測試設置中,一個總線使用模擬通道捕獲,另一個使用數字通道捕獲,從兩個總線解碼的總線波形可以很容易地進行比較。

除了在顯示器上顯示所選幀的解碼總線波形外,時間戳數據還可以以表格形式顯示在結果表中。可以進一步的離線分析和報告,整個獲取的解碼總線信息可以導出到 . csv 文件。

案例4:比較罕見事件和“標準”參考



圖 8. FastFrame 還可以用來直觀地比較獲得的信號和標準參考波形之間的具體細節。

圖 8中的最后一個示例顯示了存儲 FastFrame“標準”波形參考和 FastFrame 捕獲之間的手動比較。參考信號從一個已知良好的設備中獲取,并加載到參考波形。使用參考波形控件,可以選擇感興趣的特定幀, 然后使用相同的采集設置在另一個被測設備上捕獲類似的信號,可以使用幀設定控件將獲取的幀與參考幀進行時間對齊,以便進行比較。
利用FastFrame™分段存儲模式提高內存使用率且保證波形細節,來應對捕獲偶發信號的挑戰,可以以足夠的采樣率捕獲多個事件,以便進行有效的分析,通過記錄長度的優化來保存和顯示必要的數據。


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