【360度看新一代示波器】系列之五：使用FlexChannel应对多总线系统调试

2019-12-06 10:14:48 泰克科技

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多数嵌入式系统都采用多总线结构，为了观察这些系统，调试和检验工具必须能够显示多条总线的活动，以及传感器、促动器、显示器和接口信号。挑战在于不仅要查看多条总线，而且每条总线都要求不同的信令传送方法，因此需要不同的探测方法。某些总线可以使用单端测量观察，其他总线则要求差分测量。为了查看多条总线，您可能要利用数字逻辑通道，大大扩展通道数量。

新型FlexChannel 输入通道可以使用范围最广泛的探头，满足测量多个不同信号的需求。每条FlexChannel 可以测量：

使用无源探头测量一个单端模拟信号
使用 TLP058 逻辑探头接入 8 条数字通道，测量 8 个数字逻辑信号。
使用 TekVPI®差分电压探头测量 1 个差分电压信号。
使用 IsoVuTM 隔离测量系统测量1 个光隔离差分电压信号
使用 TekVPI®电流探头测量 1 个电流信号

泰克新4系列MSO示波器的FlexChannel技术使每个通道的输入都可以用作一个模拟通道或8个数字逻辑输入(使用TLP058逻辑探头)，或同时使用模拟和频谱视图，每个域都有独立的采集控制，可以根据需求进行灵活配置。要想捕获高保真总线信号，需要重点考虑几个方面的因素。

采集单端总线信号

许多常用的低速和中速总线都采用单端信令，用相对于系统接地的特定电压表示数字信号。一般使用示波器标配无源电压探头或使用混合信号示波器上的数字探头捕获这些模拟信号。FlexChannel 输入同时支持这两种探头类型，应考虑的部分重要因素包括：

地线要尽可能短。为了成功地采集模拟信号，首先要保证每条通道的基准电压通过低电感路径连接到示波器上。
确保测量系统的上升时间小于信号上升时间的五分之一。示波器和探头的性能必须能够充分真实地表示信号。常用准则是确保测量系统的带宽至少是信号带宽的五倍，采样率至少是信号带宽的3-5 倍。
对 MSO 上的数字逻辑电路，示波器和探头的综合系统带宽应足以捕获信号，数字通道上的采样率应至少是信号频率的10 倍。性能通常用带宽或可以检测的最小脉宽表示。
确保探头阻抗相对于信号源阻抗很大，最大限度地降低探头负载对信号的影响。
对低功率电路，这主要是探头的输入电阻；对高速信号，这主要是探头的输入电容。

采集差分总线信号

为改善总线抗噪声能力，同时为了改善更高速的总线的信号完整性，通常会使用差分信令。与单端信令不同，差分信令用两个信号之间的电压差表示。对某些低频率应用，可以使用单端探头捕获差分信号的每一侧，示波器可以计算数学差。在实践中，由于探头增益、传播延迟和补偿差异，这种技术特别容易发生错误。捕获差分信号最可靠的方式是使用有源差分探头，其在探头尖端采用差分放大器，来传感电压差异。
上面列明的单端探头的性能考虑因素同样也适用于数字探头。但是，必须注意差分探头能够忽略或抑制共模信号。这些探头的一个主要指标是关心的频率上的共模抑制比(CMRR)。泰克提供了各种不同性能的差分探头，包括为最苛刻的测量环境设计的光隔离IsoVuTM 差分测量系统。

对所有信令方式 - 阈值是关键

不管采用哪种技术捕获信号，总线信号的模拟表示一般都连接到示波器上。在正确解释总线信号前，模拟信号必须与阈值对比，如果超过阈值，那么一般解释为高(“1”)；如果低于阈值，那么一般解释为(“0”)。( 在某些情况下，模拟电压会与数字逻辑探头内部的阈值进行对比。)

许多嵌入式设计基于多个逻辑家族，要求使用各种数字阈值。有的示波器支持每条通道设置专用阈值，可以实现最大的调试灵活性和采集保真度。

使用波形触发模式隔离信号完整性问题

在调试并行总线或串行总线的信号完整性问题时，首先应使用高级示波器中的标准触发模式，捕获违反设计规范的信号：

可以使用脉宽触发，隔离时钟线和数据线上的毛刺和最小脉宽违规。
可以使用超时触发，隔离漏掉的脉冲，如时钟信号中。
可以使用上升时间和下降时间触发，隔离设计中太快或太慢的信号边沿。
可以使用欠幅脉冲和窗口触发，隔离幅度不正确、太低或太高的数字信号。
多通道建立时间和保持时间触发功能会把一个或多个数据信号的定时与时钟信号进行对比，检测元器件建立时间和保持时间违规。

嵌入式系统设计越来越复杂，集成的信号种类越来越多。一旦解决了任何信号完整性问题，接下来要检验更广泛的系统的工作方式是否符合预期。新系列MSO为调试和检验多总线系统提供了最优秀的工具，它采用15.6 英寸超大高清显示器，显示区域是10.4 英寸显示器的两倍，高清分辨率可以支持多个信号和总线。了解FlexChannel更多信息，来这里https://buzz.tek.com/cn-built-from-engineers-up/cn-flexchannel。

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关键词：示波器测试测量