示波器使用技巧

每个工程师刚刚开始接触示波器的时候，都是从最基础的数字信号的信号质量开始测量的。找一块板子，接一个时钟信号，一个数据信号，测量它们的最大/最小电压(Max/Min)、建立/保持时间(Setup/Hold Time)、上升/下降时间(Rise/Fall Time)等基础参数。这些基础参数的测量老工程师们都耳熟能详，也都知道怎么去测量它们，但很多朋友却不知道，如果能灵活地使用示波器的各种触发功能进行辅助，将会使测量时间大大缩短，测量结果更加精准。下面我们来看一看示波器的触发功能在信号质量测量时的一些经典应用。

   

最古老的也是最经典的触发 – 边沿触发 带给我们的启示

 

边沿触发从示波器诞生之日起就与示波器密不可分，最早的模拟示波器只有一种触发功能，就是边沿触发。边沿触发非常简单和常用，以至于很多工程师用了几年的示波器都没有意识到这是一种触发功能。边沿触发包括上升沿触发和下降沿触发，以上升沿触发为例，示波器的触发器会比较触发电平(Trigger Level)前后两个点的电压，当后一个点的电压高于前一个点时，就会判定为上升沿触发；下降沿触发则反之。

信号的最大/最小电压(Max/Min)测量是一个常规的测量项目，一般常用的方法有两种，一种是直接用示波器的自动测量，打开统计功能，找出最大/最小值，第二种是打开示波器的无限余辉，累积一段时间后，用光标测量最大/最小值。但这两种方法都有一个小缺点，就是无法直观地看到Max/Min电压所对应的波形。对于Debug而言，更希望能清楚地看到这个最坏的波形，以便能找到调试的思路。利用传统的边沿触发，通过调节边沿触发的触发电平，我们就可以轻松地看到最大/最小电压所对应的波形并进行测量。    

选择上升沿触发，将触发模式调成 Normal (注1)。然后慢慢调高触发电平，直到触发事件变得非常稀少(示波器面板上Trig’d绿色指示灯的亮/灭间隔明显变长 或 屏幕波形刷新速度明显变慢)，这意味着电压的上升已处于极限位置，此时触发点的波形就是最大电压的波形。同理，选择下降沿触发，调低触发电平，可以精确定位最小电压所对应的波形。

 

图1: 测量时一般触发电平位于峰峰值的50%位置，很难触发到最大/最小电压对应的波形

 

 

图2: 通过调节触发电平的大小，使最大电压清晰地浮出水面

 

建立/保持时间测量的技巧 

 

    建立/保持时间测量是一个让人很头疼的项目。这个测量的偶然性太大，这次你测出来的是一个很不错的结果，下次测量时却可能远远超出规范。测试工程师最担心的就是自己测量出来的结果和客户的测量结果不一致而受到质疑，怎么才能找出最差的状况作为测量结果，让客户无话可说呢？很多工程师采用重复测量若干次，取最差值作为测量结果的方法。这种有限枚举的方法有一定的可取性，但仍有很大的偶然性。更好的办法是利用泰克示波器的建立/保持时间违规触发功能，直接找到最差的建立/保持时间。不仅可以大大节省测量时间，还能保证测量结果的说服力。

    泰克示波器的建立/保持触发的原理是当触发器侦测到数据信号的建立时间或保持时间违规(小于设定值)时，示波器就会触发。当我们需要测量建立时间时，将保持时间的限定设为0 (确保保持时间不会违规)，缓慢调低建立时间的限定，当触发事件变得稀少时，即可定位最差的建立时间，此时我们就可以进行测量了。同理，测量保持时间时将建立时间的限定设为0，调节保持时间的限定即可定位最差的保持时间。

 

图3: 建立/保持触发是测量建立/保持时间的好助手

 

上升/下降时间的另一种测法

 

上升/下降时间的测量同样可以用触发的方式来进行辅助，以直观地看到最差的上升/下降时间时的波形。选择触发方式为Transition触发，输入低电压和高电压的值，选择触发条件为“Greater Than”，即跳变沿时间大于设定值时触发。然后慢慢调高设定值的大小，直至触发事件变得稀少时，即可精确触发上升/下降时间最大的波形。

 

图4: 利用跳变沿时间触发定位最差的上升/下降时间的波形

 

寻找高速串行总线中的长码型事件

 

    高速串行总线中的码型复杂多变。不同的码型往往拥有不同的信号特性。比如，在接收端, 跳变沿比特位( transition bit)往往电压幅度较低，非跳变沿比特位(non-transition bit )则幅度较高，过长的连续1或连续0可能引起电压的跌落(Droop)。有的时候我们希望能观察和测量一些特定的码型的状况，比如连续4以上个“1”或“0”时的码型。这个时候我们可以使用脉冲宽度触发(Pulse Width Trigger）或者超时触发(Timeout Trigger)来定位感兴趣的码型。

    所谓脉冲宽度触发，即分别设定脉冲宽度的上限和下限，当脉冲宽度介于上下限之间时，示波器就会触发。以PCI-E一代 2.5Gbps信号为例，当我们想触发连续4个以上“1 ”时，可以设定一个小于1.6ns (连续4bit的标准脉宽)且大于1.2ns (连续3bit的标准脉宽)的下限 (如1.4ns)，设定一个大于1.6ns的上限，脉冲类型选择正向脉冲，就可以精确触发了。超时触发和脉冲宽度触发类似，差别在于超时触发只需设定宽度的下限，无需设定上限。在此例中，这两种触发方式都是可行的。

 

图5 利用脉冲宽度触发定位长“1”码型

 

由于篇幅的关系，只能简单地介绍几种对于提高测量效率有用的触发方式，抛砖引玉，希望能给大家的信号测量带来一点帮助。

 

注1：示波器的触发分为两种模式，一种是Normal模式，一种是Auto模式。Normal模式下，只有当触发事件发生时，屏幕波形才会刷新；Auto模式下，如果限定时间内(一般是0.5秒)没有触发事件发生，示波器就会强制触发。当触发事件概率较低时，我们一般会使用Normal触发，只观察我们感兴趣的触发波形。