當(dāng)前的高性能示波器提供了高采樣率和高帶寬,，因此現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是優(yōu)化示波器捕獲的信號質(zhì)量，其中包括：怎樣以足夠高的水平分辨率捕獲多個事件,，以有效地進行分析,；怎樣只存儲和顯示必要的數(shù)據(jù)，優(yōu)化存儲器的使用,。
對于這兩個關(guān)鍵問題,，泰克的高性能示波器采用FastFrame分段存儲技術(shù)，改善了存儲使用效率和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量,，消除了采集時間窗口和水平分辨率不可兼得的矛盾,。
本文將分別介紹傳統(tǒng)方法和FastFrame分段存儲技術(shù)測試偶發(fā)性或間歇性的事件以及一些低占空比的信號，從而分析FastFrame分段存儲技術(shù)在實際測試帶來好處,。
傳統(tǒng)測試方法
傳統(tǒng)測試低占空比脈沖等間歇性的信號,，通常利用數(shù)字示波器。為了提高測試精度,，通常使用示波器的最高采樣率來采集波形數(shù)據(jù),。通常在高采樣率的支持下，可以看到大部分波形細節(jié),，見圖1,。
但是，如果想查看多個連續(xù)脈沖,，那么必須提高采集的時間窗口,。要讓多個脈沖落在示波器提供的有限存儲器內(nèi)，很多時候必須通過降低采樣率來達到,。顯而易見地,，降低采樣率本身會降低水平分辨率，使得時間測試精度大大下降,。當(dāng)然,，用戶也可以擴展示波器的存儲器的長度，在不降低采樣率的情況下提高采集時間窗口,。但是,，這種方法有其局限性。盡管存儲技術(shù)不斷進步,，高速采集存儲器仍是一種昂貴的資源,，而且很難判斷多少存儲容量才足夠,。即使擁有被認為很長的存儲器長度，但可能仍不能捕獲最后的,、可能是最關(guān)鍵的事件,。
圖2是在長記錄長度時以高分辨率捕獲的多個脈沖。從圖2中可以看出,，時間窗口擴展了10倍,，可以捕獲更多的間歇性脈沖。其實現(xiàn)方式：通常是提高采集數(shù)據(jù)的時間長度,，并提高記錄長度,，同時保持采樣率不變。這種采集方法帶來了以下這些缺點：
- 更大的采集數(shù)據(jù)提高了存儲器和硬盤的存儲要求,。
- 更大的采集數(shù)據(jù)影響著I/O傳送速率,。
- 更高的記錄長度提高了用戶承擔(dān)的成本。
- .由于示波器要處理更多的信息,，因此前后兩次采集之間的不活動時間或“死區(qū)時間”提高了,，導(dǎo)致更新速率下降。
考慮到這些矛盾,，必須不斷地在高采樣率與每條通道提供的存儲長度中間做出平衡,，并且還是很難達到測試更多個脈沖的需求,。
利用FastFrame測試方法
FastFrame分段存儲的原理
為解決上述的問題,，業(yè)內(nèi)運用了許多技術(shù)。一種流行的方法是分段存儲方案,。采用這種存儲技術(shù)的儀器,，如泰克采用FastFrame分段存儲技術(shù)的示波器，允許把現(xiàn)有的存儲器分成一系列段,，然后每一次觸發(fā)后采集的數(shù)據(jù)只填充其中一段,，每次采集都可使用所需的采樣率。通過根據(jù)測試要求定義觸發(fā)條件,，可以只捕獲感興趣的波形段,，然后將捕獲的每個事件存儲在擁有各自編號的存儲段中。采集完成以后,，用戶可以按捕獲順序單獨查看各個存儲段的波形或幀數(shù)據(jù),，或分層顯示多個存儲段波形或幀數(shù)據(jù)，以方便對測試結(jié)果進行比對,；同時FastFrame技術(shù)還可以忽略不想要的波形段,，從而把重點放在感興趣的信號上。
圖3是示波器利用FastFrame分段存儲技術(shù)采集圖2中同樣的信號,，通過利用FastFrame技術(shù),，可以與圖1一樣以同樣小的記錄長度和同樣高的采樣率捕獲最多脈沖波形數(shù)目，分段存儲內(nèi)容重疊在一起，這樣所有脈沖在屏幕上相互堆疊起來,，并可以觀測所有波形的變化情況,。
FastFrame分段存儲的優(yōu)勢和特點
- 示波器利用FastFrame分段存儲技術(shù)的優(yōu)勢如下：
- 高波形捕獲速率提高了捕獲偶發(fā)事件的能力。
- 使用高采樣率,，保留了波形細節(jié),。
- 如果脈沖重復(fù)速度小于示波器的最高觸發(fā)速率，則捕獲的脈沖之間沒有漏失脈沖,，保證有效利用記錄長度存儲器,。
- 可以迅速地以可視方式比較波形段，確定重疊的波形中是否會異常變化,。
- FastFrame技術(shù)可以獲取采集幀的時間相關(guān)信息
當(dāng)打開示波器的FastFrame,，F(xiàn)astFrame分段存儲技術(shù)依照所選定的幀數(shù)和每幀點數(shù)(幀長度) 自動計算和選擇所需的記錄長度。根據(jù)提供的示波器存儲器,，它計算幀數(shù)和幀長度之積,，選擇最近的記錄長度，確定適合存儲器的可支持幀數(shù),。
當(dāng)需要查看感興趣的波形時,，可以單獨查看每個幀，在確定特定的感興趣的幀后,，可以使用儀器功能詳細檢定,、測量、放大和分析波形,。為迅速查看捕獲的波形共性以外的異常事件,，可以把多個幀重疊起來，顯示公共波形和偏離波形,。FastFrame分段存儲技術(shù)中的“View Multiple Frames”選項使用顏色突出顯示各個點相互重疊的頻次,。如在色溫顯示下，暖色的點表示發(fā)生頻次高,，冷色的點表示發(fā)生頻次低,。
除了每幀波形表示的部分情況以外。每幀的采集時間中也是十分重要的信息,。每個觸發(fā)點都有定時信息,，通過分析每幀采集時間相關(guān)的信息，可以確定每個事件發(fā)生的絕對時間以及事件之間的相對時間,，如圖4所示,，從圖4可以看出，F(xiàn)astFrame技術(shù)不但可以得到每一幀的相對時間,，而且可以得到每一幀的絕對時間,。
應(yīng)用實例分析
低占空比脈沖信號測試和分析
對于脈沖波形的測試,，特別是一些低占空比的脈沖波形，如激光器應(yīng)用中的脈沖波形,，雷達脈沖等,。在這些環(huán)境中，波形是由大部分時間都相同的脈沖組成的序列,，但可能會偶爾突然出現(xiàn)不規(guī)則的脈沖,，甚至這些脈沖的幅度會按某種趨勢發(fā)生變化；此外,，這些脈沖的時間間隔很長,，示波器用傳統(tǒng)的方法連續(xù)采集時即使占用大量存儲空間還是無法采集到所需要的脈沖個數(shù)。對這些情況,，利用示波器的FastFrame分段存儲技術(shù)采集此類信號,，捕獲相應(yīng)足夠數(shù)量的脈沖完成分析，利用有限的存儲器,，仍能以很高的水平分辨率捕獲每個脈沖,，并可以從疊顯示。
下面以低占空比脈沖為例,，脈沖的寬度為12ns, 脈沖間隔為20.1?s,，每個脈沖的幅度不一樣，該脈沖見圖5和圖6,。測試需求：捕獲1000個該脈沖序列,，觀測該脈沖序列的幅度變化曲線，并且獲取脈沖序列的時間間隔以及每個脈沖的絕對時間,。圖6是利用傳統(tǒng)的方法捕獲的波形,，從圖6可以看出，捕獲10個脈沖已經(jīng)需要10M存儲器,，捕獲1000個脈沖需要1G的存儲器，十分昂貴,；如果考慮到很多應(yīng)用需要捕獲更多的脈沖序列,，則傳統(tǒng)的方法難以滿足這樣時間窗口很長的脈沖波形的測試和分析；另外,，傳統(tǒng)的方法無法精確得到脈沖的時間間隔以及每個脈沖到來的絕對時間,。
圖7是利用示波器的FastFrame技術(shù)對該波形進行測試和分析，從圖7可以看出,，F(xiàn)astFrame技術(shù)可以根據(jù)測試需求設(shè)置所捕獲的幀數(shù)(即波形個數(shù)),，可以把所有脈沖序列波形重疊顯示，還可以把所有幀的重疊畫面會通過顏色編碼顯示每個位置發(fā)生頻次,，從而實現(xiàn)可以比較波形的變化和異常的能力,。此例中,，脈沖序列的幅度包含了5種不同的幅度的脈沖波形。通過FastFrame技術(shù)可以得到脈沖間的時間間隔,，從圖8中可以看出,，第88個脈沖到第89個脈沖之間的時間間隔為20.100763?s，并可以保存每個脈沖來到的絕對時刻,，見圖9,；加上Matlab軟件連接，可以得到1000個脈沖波形按時間順序顯示出來,，即得到脈沖幅度最時間的變化曲線,，并得到脈沖觸發(fā)時刻的絕對時間，如圖10所示,。
查找信號中的異常事件
由于數(shù)字信號的速度不斷提高,，設(shè)計和調(diào)試復(fù)雜系統(tǒng)正面臨著更大的挑戰(zhàn)。干擾數(shù)字電路的細小異常事件變得更加常見,，查找和隔離起來比以前更加困難,。圖11是利用泰克的DPO示波器發(fā)現(xiàn)了時鐘信號中有異常的欠幅信號，但不知該異常表現(xiàn)出現(xiàn)的間隔和具體時間,。
通過利用示波器的FastFrame分段存儲技術(shù),，設(shè)置Runt(欠幅脈沖)觸發(fā)，同時保持高采樣率,，捕獲了100個信號異常信號,，然后可以滾動查看各個異常信號幀，可以迅速地一目了然地查看波形內(nèi)部頻繁出現(xiàn)的異常事件,，見圖12,。測試人員可以查看每一個異常信號，得到每個異常信號出現(xiàn)的時刻和異常信號之間的時間間隔,。從圖12中得到了第19個異?，F(xiàn)象到第20個異常的時間間隔為3.876秒(還可以得到其它編號的任意異常信號之間的時間)，從而幫助了進一步定位和分析故障信號出現(xiàn)的原因,。
總結(jié)
利用具有FastFrame分段存儲技術(shù)的示波器來測試低占空比信號(如激光脈沖﹑雷達脈沖等)或偶發(fā)性信號,，不但可以保證示波器能夠高采樣率捕獲所觀測的信號，使得測試精度大大提高,，還可以得到每個脈沖信號的到來的絕對時間,、直接讀出不同脈沖之間的相對時間，從而解決以前對這種信號難以測試的難題,。