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是德科技 使用 InfiniiScan 区域触发来触发 偶发异常和复杂信号

2020-11-30         浏览次数:    

序言

调试数字设计时,如何设置示波器触发指定或独特的信号问题十分困难,甚至不可能实现。Keysight InfiniiScan 区域触发是所有 InfiniiVision 3000T、4000 和 6000X 系列示波器的标配特性,可以与传统示波器触发相结合来帮助您触发问题信号。如果您能够看到问题信号,您就可以使用 InfiniiScan 区域触发功能触发该信号。

下面,我们将通过部分实例来帮助您更好地了解 InfiniiScan 区域触发的功能。本应用指南将介绍以下 4 种测量应用:

– 非单调边沿触发

– 建立和保持时间违规触发

– 触发单独的 "1" 和 "0"

– 串行总线仲裁触发

非单调边沿触发

具有非单调边沿的数字信号表示信号在上升或下降过程中改变方向或瞬时静止。图 1 是一个偶发的随机非单调边沿实例。InfiniiVision X 系列示波器具有高达1,000,000 个波形/秒的波形更新速率,可以让我们清晰地看到故障信号,同时触发数字脉冲序列的任意上升沿。现在,我们需要考虑如何触发并只显示问题信号,不显示具有正确边沿的正常信号。如果我们可以触发示波器只显示问题信号,则我们可以探测系统中的其他信号以寻找关联,进而解决信号完整性问题。


部分示波器(包括 Keysight 3000T、4000和 6000 X 系列示波器)能够根据 "长于"或"短于" 上升时间或下降时间条件触发边沿。该功能可以帮助解决触发问题,但设置示波器以建立类似上述情景的独特触发条件可能需要大量的时间。应用InfiniiScan 区域触发,我们可以在示波器的电容触摸屏上异常信号显示区域划一个框 (区域),并指定波形 "必须交叉" 划出的区域 (或基于 XY 坐标的下载区域),以单独捕获和显示异常波形。如图 2 所示,示波器只显示符合条件的波形。


注意,我们也可以更改条件为"不得交叉",以便让示波器只显示具有正常上升沿的波形 (如图 3 所示)。或者,我们可以在示波器的触摸屏上将之前划出的 "必须交叉" 区域框滑动至相邻的正常信号波形区域。


Inf ini iScan 区域触发的工作原理是什么?启用区域触发后,示波器将以高达200,000 个波形/秒的速率捕获所有满足传统示波器指定触发条件的波形(假定输入触发速率达到或超过捕获速率)。简单的上升沿或下降沿触发最为常用,但包括串行触发的其他传统触发条件也可以用作预选条件。然后,示波器将所有捕获的波形分别同预定义 "区域" (多达 2 个条件区域) 进行比较,以查看波形是否通过 "必须交叉" 区域,且不会通过 "不得交叉" 区域。借助高达 200,000 个波形/秒、基于硬件的捕获波形速率,Keysight InfiniiScan区域触发功能可提供简单可靠的随机和偶发异常信号捕获方法。一般来说,如果您能够在示波器更新速率1,000,000 个波形/秒且 InfiniiScan 触发触发关闭时发现异常,那么示波器在启用 InfiniiScan 区域触发条件下仅显示异常信号的可能性很大。

建立和保持时间违规触发

数字数据从一个器件传输到另一个器件时通常会使用时钟信号进行同步。但是,数据信号在时钟边沿出现前必须确保稳定一段时间 (高或低),以确保数据采样准确、可靠。这段时间称为最短必要 "建立时间"。此外,数据信号还必须在时钟边沿出现后在尽可能短的时间内保持稳定(高或低)。这段时间称为最短必要 "保持时间"。


图 4 显示了一个实例: 示波器在通道 1 上触发并捕获时钟信号 (黄色轨迹),同时使用通道 2 捕获数据信号 (绿色轨迹,作为眼图)。使用示波器的计时光标,我们可以确定数据信号的上升沿和下降沿通常在时钟上升沿之前 40 ns 出现。我们也观察到数据信号上升沿和下降沿存在偶发漂移,违反了存储设备最短 30 ns 建立时间的要求。


为了同步示波器仅在出现违规时触发并显示波形,我们可以使用示波器先进的建立和保持时间触发模式。但是,您可以采用一个更简单的方法: 在违规信号区域中绘制一个 "必须交叉" 区域框 (如图 5 所示)。将 X1 计时光标置于数据信号的交叉点,我们现在可测得建立时间约为 20 ns,违反了器件 30 ns 的技术指标求。此时,我们可以使用示波器的通道 3 和通道 4 探测系统中的其他信号,以便找出造成违规的原因。


如图 6 所示,借助示波器的电容式触摸屏,您只需滑动区域框即可仅触发非违规信号。

触发单独的 “1” 和 “0”

表征串行总线信号的质量经常需要测量独立的 "1" 和/或单独的 "0"。对于 NRZ 类信号,单独的 "1" 表示指定数目 "0" 之前和之后的单一高比特。单独的 "0" 是指定数目"1" 之前和之后的单一低比特。

测量单独比特的目的通常是表征器件的输出能力,确定器件能否生成有效比特,同时不会影响其他邻近的脉冲,以避免引入码间干扰/失真。目前,市场极少示波器能够触发位于一个以上相反极性比特之前和/或之后的单独比特。现在,我们设置Keysight InfiniiVision X 系列示波器来触发位于至少三个 "0" 之后和至少两个 "0" 之前的独立 "1"。


图 7 是一个示波器触发 10 Mbps FlexRay串行总线信号上升沿的实例。此时,示波器显示屏的中央只显示了该信号的一个隔离上升沿。该信号的串行波特率为 10Mbps,因此单一比特应为 100 ns 宽。设置示波器时基为 100 ns/格,这样我们可以轻松确定区域框的大致宽度。


图 8 显示了我们划出的两个 "不得交叉" 区域框,目的是隔离位于三个或以上 0 之后和两个或以上 0 之前的单一高比特。您可以将这些区域视为波形 "禁入区域"。既然我们已经隔离了 "1" 脉冲,我们就可以执行需要的波形表征测量,例如上升时间、下降时间、脉宽等。


图 9 是一个示波器仅隔离具有类似条件的0 的实例: 位于三个或以上 1 之后和两个或以上 1 之前。此次我们设置示波器触发下降沿,然后划出的 "不得交叉" 区域框。

InfiniiScan 区域触发可以用于触发单独的"1" 和 "0",也可以同步其他独特的串行码型。

串行总线仲裁触发

如前所述,InfiniiScan 区域触发可与串行总线触发等更复杂的触发功能结合使用。图 10 是一个示波器触发 ID 等同于025HEX 的控制器局域网 (CAN) 总线数据帧的实例。注意,您可以在示波器显示屏底部看到时间相关的解码轨迹,轨迹起始为帧 ID (025)。

CAN 总线以系统中多个节点的数据异步传输为基础,例如车载系统。异步传输意味着多个节点可能会同时或接近同时传输数据。此时,仲裁程序将确定具有最高优先级的节点并允许该节点继续传输数据。系统中优先级较低的节点必须暂停数据传输。


如图 10 所示,帧 025HEX 中第一个脉冲具有两个不同的低电平幅度: 有时较低,部分情况下会更低。信号达到最低电平证明有两个节点正在同时尝试传输数据,仲裁将由此开始。脉冲恢复为正常电平表明仲裁结束,帧 025HEX 优先级较高。


如何确保示波器仅显示包括仲裁的帧?现有示波器触发条件无法满足要求,串行总线触发与 InfiniiScan 区域触发结合能够解决此问题。图 11 是一个使用区域触发仅同步包含仲裁的 CAN 帧 025HEX 的实例。在本例中,首先设置示波器串行触发帧ID: 025HEX。然后,在低电平脉冲周围绘制 "必须交叉" 区域。或者,如果在同一位置绘制 "不得交叉" 区域,示波器将触发不包括仲裁、ID 等同于 025HEX 的帧。

总结

本应用指南列举了几个实例,介绍了如何使用 Keysight InfiniiVision 3000T、4000和 6000 X 系列示波器的 InfiniiScan 区域触发功能来触发包含偶发异常(或形状异常)的信号。此外,我们也展示了使用InfiniiScan 区域触发功能来触发有效信号(非问题信号)的方法。这些信号十分复杂,在现有技术条件下,应用当今示波器的标准触发功能可能很复杂甚至不可能实现触发。

众多新型数字存储示波器 (DSO) 都具有触发和分析复杂高速信号的功能。但是,使用这些高级示波器功能往往得不偿失。是德科技 InfiniiVision 3000T、4000 和 6000X 系列 DSO 和 MSO 配备的 InfiniiScan 区域触发特性却并非如此。这个功能强大且易于使用的工具可支持您隔离特定信号形状的测量。结合示波器高达1,000,000 个波形/秒的更新速率(使用6000 X 系列示波器可达到 450,000 个波形/秒),您可以确保触发所有发现的信号异常。


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