今天的許多設(shè)計(jì)都包括微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，既包含模擬信號(hào)也包含數(shù)字信號(hào)。調(diào)試混合信號(hào)設(shè)計(jì)往往會(huì)在驗(yàn)證系統(tǒng)模擬成分的同時(shí)涉及與此相關(guān)的重要握手動(dòng)作。設(shè)計(jì)中的數(shù)字信號(hào)可能非常快，而模擬信號(hào)則要慢的多。用常規(guī)雙通道或四通道數(shù)字式示波器(DSO)觀察和分析嵌入微控制器或DSP設(shè)計(jì)的多個(gè)相關(guān)信號(hào)也許相當(dāng)困難，甚至*不可能。增長(zhǎng)著的復(fù)雜性、更快的時(shí)鐘速率和邊沿速度要求示波器有更多的通道和更高的帶寬。

此外，如果您要以高分辨率同時(shí)觀察和分析快數(shù)字信號(hào)和較慢的模擬信號(hào)，就需要用具有深存儲(chǔ)器的示波器。您可用深存儲(chǔ)器捕獲較長(zhǎng)的時(shí)間段，但除非測(cè)量設(shè)備響應(yīng)迅速，否則很難找到您所關(guān)注的信號(hào)部分。今天的許多設(shè)計(jì)包含調(diào)制信號(hào)和長(zhǎng)的串行數(shù)據(jù)流，重要的是要能迅速和容易地找到所關(guān)注的區(qū)域。容易的觸發(fā)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)有重要的意義。

從1996年Agilent公司推出混合信號(hào)示波器(MSO)起，微處理器和DSP嵌入系統(tǒng)設(shè)計(jì)師就用這種儀器解決問(wèn)題和調(diào)試設(shè)計(jì)。Agilent預(yù)見到今天混合信號(hào)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和速度的飆升，設(shè)計(jì)了新的和改進(jìn)的MSO。這些MSO有多達(dá)20個(gè)模擬和數(shù)字通道、高達(dá)1GHz的帶寬、改進(jìn)的數(shù)字定時(shí)性能和可用性、以及記錄長(zhǎng)度達(dá)16MB的MegaZoom深存儲(chǔ)器。

調(diào)試32bit混合信號(hào)應(yīng)用

MSO實(shí)現(xiàn)了用單臺(tái)儀器同時(shí)觀察您系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較低頻率的模擬信號(hào)和與其相關(guān)的較高速度的數(shù)字成分。這種能力使MSO成為關(guān)鍵的調(diào)試工具。有許多應(yīng)用領(lǐng)域可使用MSO，包括實(shí)時(shí)模擬信號(hào)與數(shù)字控制信號(hào)的時(shí)間相關(guān)，以及數(shù)字系統(tǒng)中分析高速信號(hào)的模擬特性。不管是哪方面的應(yīng)用，您都能用MSO更容易地分析和調(diào)試混合模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)。

為說(shuō)明MSO作為調(diào)試工具的價(jià)值，這篇應(yīng)用指南為您介紹用Agilent Infiniium 54832D MSO調(diào)試混合/模擬和數(shù)字32 bit無(wú)線局域網(wǎng)(LAN)應(yīng)用的例子，當(dāng)然，這僅是MSO作為理想工具的許多可能應(yīng)用中的一個(gè)例子。

調(diào)試32 bit無(wú)線局域網(wǎng)(LAN)應(yīng)用

作為混合信號(hào)應(yīng)用的例子，我們將研究如圖1所示的802.11a無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)。通常該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)自無(wú)線筆記本電腦，把信號(hào)解調(diào)至基帶，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)換成有線信號(hào)，并送入LAN。

這一設(shè)計(jì)的二個(gè)主要部分通過(guò)PCMCIA接口通信。接入點(diǎn)天線有一個(gè)RF處理器，它解調(diào)傳輸信號(hào)，并將其送至基帶處理器?；鶐幚砥鹘獯aOFDM（正交頻域調(diào)制）信號(hào)，把數(shù)據(jù)發(fā)送至嵌入系統(tǒng)，然后再將數(shù)據(jù)輸出到LAN。該混合信號(hào)系統(tǒng)包括帶有100MHz SDRAM的32 bit POWER PC嵌入式處理器和LAN控制器總線，該總線與處理器通信，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。

接入點(diǎn)是一種很小的設(shè)備，包括疊放在一起的2塊電路板。圖2是電路板未插入時(shí)的樣子。整個(gè)系統(tǒng)是雙向的，但在這一例子中我們只查看從計(jì)算機(jī)至網(wǎng)絡(luò)的傳輸。

這一應(yīng)用例子是經(jīng)典的混合信號(hào)系統(tǒng)。這里有模擬、數(shù)字、嵌入處理器及DSP元件，要能夠很快同時(shí)觀察到這些混合信號(hào)，MSO無(wú)疑是理想的工具。

1、同時(shí)觀察模擬和數(shù)字信號(hào)

圖3示出MSO探頭與接入點(diǎn)電路板上模擬和數(shù)字信號(hào)的連接。作為演示，我們將接入點(diǎn)接到LAN，然后用安裝的無(wú)線局域網(wǎng)卡將信息發(fā)送到筆記本電腦。我們執(zhí)行筆記本電腦Web瀏覽器的更新命令，然后在MSO上捕獲所產(chǎn)生的信息包。

要用MSO模擬通道測(cè)量的信號(hào)是基帶處理器輸出、以太網(wǎng)信號(hào)輸出，以及快SDRAM總線的一個(gè)數(shù)據(jù)位。本例中，SDRAM的邊沿速度達(dá)到1ns。這樣高的邊沿速度需要用1GHz系統(tǒng)帶寬的示波器測(cè)量和顯示信號(hào)。MSO數(shù)字通道測(cè)量的信號(hào)包括在PowerPC和LAN控制器間運(yùn)行的全雙工4-bit總線一個(gè)方向上的信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)。

該MSO共有16個(gè)數(shù)字通道，但我們?cè)谶@一應(yīng)用中僅選擇觀察5個(gè)數(shù)字通道。圖4示出采集到上述接入點(diǎn)發(fā)送的一個(gè)信息包。在MSO的3個(gè)模擬通道上采集基帶、以太網(wǎng)和SDRAM信號(hào)，在數(shù)字通道上采集的LAN控制器總線信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)間的跡線是多根數(shù)字信號(hào)的總線顯示形式。您還可在MSO顯示器底部看到基帶信號(hào)的2 Mpt FFT計(jì)算結(jié)果。所有這些信號(hào)都是由一臺(tái)儀器在一一次采集中獲得，并在同一屏幕上顯示。

圖4 MSO使您能在一臺(tái)儀器上看到所有時(shí)間相關(guān)的模擬、數(shù)字和譜信息。找到能捕獲和分析一次采集所有數(shù)據(jù)的調(diào)試方法會(huì)使大多數(shù)工程師感到頭痛。通常您必須把被測(cè)設(shè)備置于同樣的狀態(tài)，以測(cè)量所有的信號(hào)。然后需要移動(dòng)探頭、進(jìn)行多次觸發(fā)、在顯示上保存波形，再尋找能使所有這些動(dòng)作相關(guān)的方法。

您能用MSO同時(shí)捕獲、顯示和測(cè)量所有這些信息。它易于使用，具備DSO的所有功能，并且增加了數(shù)字通道和觸發(fā)能力。由于能使您一次看到更多的通道和更長(zhǎng)的時(shí)間，因而能簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程。MSO可取代今天的DSO，正如您在圖4的屏幕圖上所見，MSO是方便、有效分析混合信號(hào)應(yīng)用的工具。

2、隔離出正確的信息

在這一例子中，傳輸信號(hào)中可能會(huì)有包錯(cuò)誤，因而您可能需要隔離一個(gè)數(shù)據(jù)包，以查看系統(tǒng)內(nèi)所產(chǎn)生的互動(dòng)。所接的以太網(wǎng)線為同步突發(fā)，它標(biāo)志向LAN傳輸?shù)拈_始。LAN控制器的數(shù)據(jù)線上保持5ms持續(xù)時(shí)間的1010碼型，在每個(gè)10 Mbit LAN包開始時(shí)產(chǎn)生這一同步突發(fā)。為隔離這一條件，我們把MSO設(shè)置為在5ms持續(xù)時(shí)間的1010碼型上觸發(fā)。圖5顯示MSO數(shù)字通道D1至D4上的1010碼型，D0用于時(shí)鐘。

由于54832D MSO有16個(gè)數(shù)字定時(shí)通道和4個(gè)模擬通道，您可用數(shù)字通道進(jìn)行持續(xù)時(shí)間碼型觸發(fā)，例如在本案例數(shù)據(jù)包開始這樣的條件下觸發(fā)。事實(shí)上可以跨所有20個(gè)MSO通道觸發(fā)。您可迅速和容易地用觸發(fā)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置數(shù)字通道，如圖6所示。

由于有這些額外的數(shù)字通道，因而您可把4個(gè)模擬通道用于分析和測(cè)量所關(guān)注的其它系統(tǒng)信號(hào)。而在普通的4通道DSO中，您只能用4個(gè)通道產(chǎn)生觸發(fā)，這樣就沒(méi)有多余的通道觀察其它信號(hào)。

圖5 使用MSO的16個(gè)數(shù)字通道觸發(fā)。MSO設(shè)置為在5ms持續(xù)時(shí)間的1010碼型上觸發(fā)。使用普通的4通道DSO，則4個(gè)通道只能用于產(chǎn)生觸發(fā)，而沒(méi)有留給調(diào)試的通道。

圖6 易于使用的對(duì)話框能進(jìn)行快速的觸發(fā)設(shè)置，觸發(fā)可擴(kuò)展到所有20個(gè)通道。MSO的數(shù)字通道連接探頭前端及附件與Agilent 16700邏輯分析儀兼容。

盡管本例中沒(méi)有示出，您仍能根據(jù)4個(gè)數(shù)字比特的狀態(tài)設(shè)置觸發(fā)條件。也可在觸發(fā)條件中包括時(shí)鐘線和模擬信號(hào)，以縮小問(wèn)題的范圍。使用Infiniium 54830D系列MSO，您可在20通道寬度在碼型上觸發(fā)。這是常規(guī)DSO不可能實(shí)現(xiàn)的。MSO為您調(diào)試混合信號(hào)系統(tǒng)提供了額外的觸發(fā)和觀察能力。

3、用總線模式提高可視性和洞察能力

圖5中，以太網(wǎng)信號(hào)特性從顯示右邊改變了大約1.5格。這里是同步突發(fā)終止和真數(shù)據(jù)包開始的地方。為便于識(shí)別數(shù)據(jù)包的開始或任何其它關(guān)注條件，您可在總線模式配置下顯示數(shù)字通道，以容易地識(shí)別數(shù)字碼型。圖7顯示描述8個(gè)數(shù)字通道的總線。屏幕示出以16進(jìn)制表示，并與系統(tǒng)中以太網(wǎng)信號(hào)相關(guān)的總線數(shù)據(jù)。在本例中，1010數(shù)字碼型作為16進(jìn)制A被識(shí)別，使您能更快和更容易地識(shí)別搜索條件。

您可以顯示一或二條8bit的總線，每一條總線可以有2至16個(gè)相應(yīng)通道。您也可分別顯示任何給定的數(shù)字通道，不管它是否已經(jīng)是一條或兩條總線中的通道。16個(gè)數(shù)字定時(shí)通道不僅增加了觸發(fā)能力，而且能通過(guò)這種易于使用的總線模式更深入地觀察設(shè)計(jì)內(nèi)部正在發(fā)生的情況。

如果用原先的調(diào)試解決方案，建立觸發(fā)和信號(hào)的相關(guān)是費(fèi)時(shí)和困難的。您需要用幾臺(tái)儀器設(shè)置觸發(fā)，并找到確定儀器間時(shí)間相關(guān)的方法。MSO方便了觸發(fā)和信號(hào)的相關(guān)。許多設(shè)計(jì)師都樂(lè)于用MSO調(diào)試他們的混合信號(hào)設(shè)計(jì)，因?yàn)樗哂邢罂偩€模式這樣的觀察能力和跨20個(gè)通道的觸發(fā)能力。

4、捕獲長(zhǎng)時(shí)間周期

為什么深存儲(chǔ)器對(duì)于調(diào)試混合信號(hào)非常重要？因?yàn)樗苁鼓鷮?shí)現(xiàn)長(zhǎng)捕獲時(shí)間和高分辨率。本例中由于信號(hào)速度范圍的要求，您需要用深存儲(chǔ)器以高分辨率捕獲長(zhǎng)時(shí)間周期。如果沒(méi)有深存儲(chǔ)器，您能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間周期或高分辨率，但二者不能兼而有之。示波器的采樣率會(huì)隨著減慢時(shí)基或掃描速度而改變。在減慢掃描速度時(shí)，示波器必須降低采樣率，以捕獲足夠時(shí)間來(lái)填滿整個(gè)顯示。保持盡可能高的采樣率是關(guān)鍵，因?yàn)樗転槟ＷC在高分辨率下捕獲信號(hào)，并消除混疊和測(cè)量錯(cuò)誤。

圖7數(shù)字信號(hào)可按總線編給,并觀察作為16進(jìn)制值的每一跳變.

在您調(diào)試混合系統(tǒng)時(shí)，往往并不確切知道問(wèn)題是什么，因而不能設(shè)置示波器對(duì)其觸發(fā)。您必須在某些更基本的事件，如跳變沿上觸發(fā)，然后觀察捕獲的數(shù)據(jù)，以找到問(wèn)題。這通常需要捕獲長(zhǎng)的時(shí)間范圍，然后在顯示器上縮放，因此長(zhǎng)時(shí)間捕獲和高分辨率是關(guān)鍵要求。也許zui常見的情況是需要建立通常為數(shù)字信號(hào)的高速信號(hào)與較慢信號(hào)的相關(guān)關(guān)系。為了能在一次采集中正確測(cè)量這二種信號(hào)，您需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間跨度顯示出較慢信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)完整的周期，您也需要有足夠高的采樣分辨率顯示出快信號(hào)的所有細(xì)節(jié)。深存儲(chǔ)器是提供這一能力的關(guān)鍵器件。pace="12" WIDTH="221" HEIGHT="166" BORDER=0 Title="圖9屏幕顯示與圖8相同的采集,但放大了200,000倍!">

在本例中，您可用大約500祍時(shí)間采集到完整的數(shù)據(jù)包。在每格200祍的掃描速度下，需要用zui小4 Mbyte的存儲(chǔ)器觀察采樣率設(shè)置為2GSa/s的信息包。也就是需要用4 Mbyte的存儲(chǔ)器捕獲zui基本的交易。如果存在任何錯(cuò)誤或其它復(fù)雜交易，就需要有更多的存儲(chǔ)器。

圖8和圖9示出深存儲(chǔ)器在這一應(yīng)用中的重要性。圖8示出對(duì)較快SDRAM信號(hào)和較慢基帶信號(hào)的采集。如果您觀察圖9中紫色跡線上的快SDRAM信號(hào)，您將看到放大200,000倍的同一采集。注意上升時(shí)間約為1.5ns，時(shí)間標(biāo)度是2ns/格。在這項(xiàng)測(cè)量中，示波器停止運(yùn)行，在原采集上進(jìn)行分析。如果沒(méi)有支持高采樣率的深存儲(chǔ)器，就幾乎不可能有足夠數(shù)據(jù)支持如此高的放大量。

MSO的MegaZoom深存儲(chǔ)器自動(dòng)調(diào)整存儲(chǔ)器深度，因而在您改變時(shí)間/格時(shí)，示波器總是以可用的zui高采樣率和存儲(chǔ)器深度進(jìn)行采樣。此外，MSO具有每通道2Mbyte深存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)配置，因而能在一次采集捕獲慢信號(hào)的同時(shí)，仍能看到快信號(hào)的細(xì)節(jié)。MSO自動(dòng)保持基于zui大存儲(chǔ)器深度的采樣率，因而您能看到zui大的圖景，然后放大細(xì)節(jié)，而不需要第二次觸發(fā)。

傳統(tǒng)上深存儲(chǔ)器示波器波形更新率很慢，而且對(duì)用戶輸入響應(yīng)遲鈍。但這并不適用于MegaZoom深存儲(chǔ)器。即使帶有達(dá)16Mbyte的zui深記錄，MegaZoom深存儲(chǔ)器也能立即響應(yīng)您的改變。定制的體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了立即響應(yīng)，它把數(shù)據(jù)捕獲到采集存儲(chǔ)器，在硬件中迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理，以用于顯示和測(cè)量。這一體系結(jié)構(gòu)使它能提供您要求的波形更新率和前面板響應(yīng)，也使您的工作更輕松。

為了進(jìn)行的1.5ns測(cè)量，您需要一個(gè)高保真有源探頭，例如Agilent 1156A。1156A探頭有非常低的輸入電容和適合的阻尼附件，能實(shí)現(xiàn)令人滿意的高保真測(cè)量。

圖8您能用MSO觀察混合信號(hào).MegaZoom深存儲(chǔ)器使您能捕獲慢信號(hào),然后對(duì)細(xì)節(jié)放大,而不需要第2次觸發(fā).

圖9屏幕顯示與圖8相同的采集,但放大了200,000倍!MegaZoom深存儲(chǔ)器支持高采樣率,因而您可以通過(guò)放大看到信號(hào)細(xì)節(jié),實(shí)現(xiàn)的測(cè)量.

5、頻域測(cè)量和分析

觀察圖10中的基帶信號(hào)，查看在SDRAM總線0 bit附近的時(shí)間情況。由于它來(lái)自無(wú)線信號(hào)，因此在頻域觀察也是很有意義的。您可用MSO進(jìn)行FFT測(cè)量，就像用DSO一樣。

圖11示出基帶信號(hào)的快速傅里葉變換。MSO對(duì)屏幕上的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換。您可縮放所關(guān)注頻率成分的時(shí)間記錄部分。這也使比較時(shí)域信號(hào)不同區(qū)域譜成分變得容易。在本例中，大部分能量位于FFT的zui左格。您可以看到能量如何跨越相當(dāng)寬的頻率范圍。

圖10 由于基帶信號(hào)來(lái)自無(wú)線信號(hào)，因此通過(guò)執(zhí)行FFT在頻域觀察也是很有意義的。

圖11 基帶信號(hào)的FFT。大部分能量位于FFT的zui左格

圖12示出了基帶傳輸?shù)拈_始。在FFT的*水平格中，一些分立的譜線取代了寬而較為一致的頻率成分分布。這些譜線說(shuō)明基帶數(shù)據(jù)包的開始有與有線邊同樣的同步周期。但在頻域更容易看到這些情況。

圖12中的FFT上有一些噪聲尖峰。這些尖峰可能由系統(tǒng)中未注意的耦合造成。在這一接入點(diǎn)中的有線邊有高功率的線路驅(qū)動(dòng)器，它非常接近無(wú)線邊的靈敏RF接收器，這可能會(huì)引發(fā)耦合問(wèn)題。

6、時(shí)間相關(guān)的模擬、數(shù)字和譜信息

使用MSO的數(shù)字通道能幫助您更深入了解耦合的可能性。圖13示出數(shù)字總線，時(shí)間延遲后移到非常接近于初始觸發(fā)點(diǎn)。在這一應(yīng)用的實(shí)時(shí)顯示和調(diào)試中，前后移動(dòng)水平延遲線，顯示FFT測(cè)量上的噪聲尖峰變化，和總線模式十六進(jìn)制表示的LAN信號(hào)上的數(shù)據(jù)的關(guān)系。

分析工作的下一步將是確定數(shù)據(jù)序列和FFT顯示上的zui高噪聲級(jí)的相關(guān)關(guān)系，并進(jìn)一步分析這一條件。例如您可以改變PowerPC程序，重復(fù)發(fā)送對(duì)噪聲尖峰有貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)序列。然后用頻譜分析功能更仔細(xì)查看FFT，以確定耦合的產(chǎn)生原因。

圖12 再回到基帶傳輸?shù)拈_始，我們?cè)贔FT上看到噪聲尖峰。有些噪聲尖峰很像由系統(tǒng)中未注意的耦合造成。

圖13 使用MSO的數(shù)字通道能幫助您更深入了解耦合的可能性。前后移動(dòng)水平延遲線，顯示FFT測(cè)量上的噪聲尖峰變化，其幅度決定于總線模式時(shí)以十六進(jìn)制數(shù)表示的LAN信號(hào)上的數(shù)據(jù)。