用混合信號示波器探測模擬和數(shù)字信號

　　許多基于微控制器的系統(tǒng)都有模擬和數(shù)字信號。即使看起來是完全數(shù)字的系統(tǒng)也不完全是數(shù)字的，因?yàn)榇嬖谡疋徍痛當(dāng)_等模擬效應(yīng)。因此，對系統(tǒng)中的信號通常需要同時持有模擬和數(shù)字的視角。這正是混合信號示波器(MSO)可以幫助到你的地方。

　　混合信號示波器同時具有示波器的功能和邏輯分析儀的部分功能。最常見的混合信號示波器配置有4個模擬通道和16個數(shù)字通道，它們最適合用于嵌入式微處理器板的查錯。

　　圖1所示的處理器板框圖包含諸如電源、時鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出等模擬信號，也有并行和串行的數(shù)字信號。并行數(shù)字信號包括CPU和GPIO接口的數(shù)字和地址線。以太網(wǎng)、SATA、PCIe、SPI、I2C和UART等接口則是高速和低速串行數(shù)據(jù)信號?；旌闲盘柺静ㄆ骺梢宰屇阍谀M或數(shù)字域中同時觀察這些信號。兩個域中的顯示都是時間上同步的，有助于發(fā)現(xiàn)問題。通過從模擬、數(shù)字或兩者結(jié)合的觸發(fā)還有助于診斷。這些采集資源還有一整套測量與分析工具進(jìn)行補(bǔ)充。不管是哪個域中的數(shù)據(jù)，這些工具都可以處理。另外，可以方便地使用搜索功能定位串行或并行數(shù)字化數(shù)據(jù)圖案。

　　圖1：包含模擬(綠色)、數(shù)字(紅色)和串行數(shù)據(jù)(藍(lán)色)信號的嵌入式微處理器板例子。混合信號示波器提供了單臺儀器就能測量和查錯所有這些類型信號的方案。

　　比較模擬和數(shù)字

　　數(shù)字示波器中的模擬波形是將采集到的信號表示為一系列采樣點(diǎn)。這些采樣點(diǎn)是以示波器的采樣速率獲取的，并用示波器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)位數(shù)設(shè)定的幅度分辨率進(jìn)行了數(shù)字化?，F(xiàn)代高頻示波器具有8位(256個等級)到12位(4096個等級)的ADC分辨率。

　　混合信號示波器中的數(shù)字軌跡代表一個比特，是以數(shù)字采樣率采樣的。幅度基本上從0到1變化，依據(jù)的是比預(yù)設(shè)的邏輯閾值(許多混合信號示波器為多種系列邏輯器件提供預(yù)設(shè)的邏輯電平)高還是低，它們代表了數(shù)字輸入的狀態(tài)。圖2顯示了模擬軌跡(底部)和數(shù)字軌跡(頂部)的比較。

　　圖2：數(shù)字軌跡(頂部)和模擬波形的比較。數(shù)字軌跡幅度用1或0表示，判斷依據(jù)是數(shù)字輸入端的電壓是高于還是低于用戶設(shè)定的邏輯閾值。模擬軌跡被分解為4096個(12位)幅度等級中的任意一個。

　　模擬軌跡可以顯示隨時間發(fā)生的電壓微小變化。你可以看到諸如脈沖上沖和振鈴等現(xiàn)象。在C1描述塊中可見的光標(biāo)幅度讀取功能可以讀到低至mV的幅度。(在數(shù)字1描述塊中的)數(shù)字軌跡光標(biāo)讀取功能則報(bào)告0和1的幅度。記住，數(shù)字軌跡只顯示數(shù)字線的狀態(tài)，只有0和1兩個值。

　　當(dāng)顯示多根數(shù)字線時，你通常可以選擇用一根線單獨(dú)觀察、捆綁成總線觀察或兩種觀察同時進(jìn)行，如圖3所示。在圖3中，8根數(shù)字線(D0到D7)以總線形式被同時顯示在畫面上(底部軌跡)，它用十六進(jìn)制計(jì)數(shù)方式顯示了所有數(shù)字線的總值。注意，D7是最高位(MSB)，D0是最低位(LSB)。

　　圖3：以單線和總線形式顯示的D0至D7多根數(shù)字線。總線形式顯示了十六進(jìn)制計(jì)數(shù)的所有8根線總數(shù)。D0是最低位，D7是最高位。典型的測量工具包括將數(shù)字線作為源的光標(biāo)和定時參數(shù)，如圖中所示。