死區(qū)時(shí)間和波形捕獲率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

很多工程師在硬件調(diào)試過(guò)程中可能遇會(huì)到過(guò)這樣的情形：在調(diào)試的后期階段，電路板主要器件的焊接基本完成，在進(jìn)行功能驗(yàn)證過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)一運(yùn)行沒(méi)多久就會(huì)出故障，但是通過(guò)示波器查看關(guān)鍵的時(shí)鐘和使能信號(hào)都“沒(méi)有問(wèn)題”，最終將故障原因定為在軟件原因，然后逐行檢查代碼，進(jìn)行軟件優(yōu)化?，F(xiàn)在已經(jīng)對(duì)示波器的死區(qū)時(shí)間已經(jīng)有了清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)于上面的情形還有一種可能就是示波器漏掉了導(dǎo)致系統(tǒng)故障的偶發(fā)信號(hào)，圖4可以很形象的說(shuō)明這一問(wèn)題：

圖4：示波器死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致丟失關(guān)鍵偶發(fā)信號(hào)。

由于示波器死區(qū)時(shí)間的存在，導(dǎo)致示波器可能漏掉關(guān)鍵的異常信號(hào)，而給用戶顯示一個(gè)帶有欺騙性的結(jié)果，最終誤導(dǎo)用戶的判斷，會(huì)大大延長(zhǎng)調(diào)試時(shí)間，降低調(diào)試效率。

根據(jù)公式1，如果波形捕獲時(shí)間(即，樣本數(shù)×分辨率，或10×水平刻度)、波形捕獲率和信號(hào)事件發(fā)生速率(例如脈沖干擾的重復(fù)速率)均已確定，那么增加測(cè)量時(shí)間，會(huì)加大捕獲并顯示信號(hào)事件的概率：

公式 1：

P：捕獲偶發(fā)重復(fù)信號(hào)事件的概率[單位是%]

GlitchRate：信號(hào)故障頻率(例如，重復(fù)脈沖干擾)[單位是1/s]

T：有效捕獲時(shí)間或波形顯示時(shí)間(記錄長(zhǎng)度/采樣速率，或記錄長(zhǎng)度×分辨率，或10×時(shí)間量程/格)[單位是s]

AcqRate：波形捕獲率[單位是wfms/s]

Tmeasure：測(cè)量時(shí)間[單位是s]

如果知道概率，對(duì)公式1進(jìn)行變換，可以計(jì)算捕獲該偶發(fā)信號(hào)所需時(shí)間：

公式2：

假定某個(gè)信號(hào)帶一個(gè)有每秒重復(fù)10次的異常。該信號(hào)本身以數(shù)據(jù)形式顯示在示波器上，所采用的水平刻度為10ns/div。如果所用顯示屏有10個(gè)水平格，則可以計(jì)算100ns的有效捕獲時(shí)間。為了確保捕獲所需信號(hào)事件的置信度較高，需要使用99.9%的概率。現(xiàn)在，所需的測(cè)試時(shí)間取決于示波器的波形捕獲率。下表統(tǒng)計(jì)了幾種不同的波形捕獲率所對(duì)應(yīng)的所需測(cè)試時(shí)間。

表1：在概率為99.9%(T=100ns，GlitchRate=10/s)的條件下，捕獲重復(fù)異常信號(hào)所需時(shí)間。

雖然R&S的RTO系列示波器在該條件下的死區(qū)時(shí)間比還有接近90%左右，但是相比于其他死去時(shí)間比在99.5%以上的示波器，其發(fā)現(xiàn)偶發(fā)異常信號(hào)能力確是成數(shù)量級(jí)的上升，可以幫助工程師極大的提高調(diào)試效率。試問(wèn)：有幾位工程師在檢查每一個(gè)信號(hào)時(shí)可以在示波器上看超過(guò)7秒鐘時(shí)間呢？

前面也提到，波形捕獲率和水平刻度、記錄長(zhǎng)度、采樣率的設(shè)置都有關(guān)系，在實(shí)際測(cè)量中，如何根據(jù)實(shí)際的被測(cè)信號(hào)在這些參數(shù)設(shè)置中找到一個(gè)平衡點(diǎn)，以最高的捕獲概率查看波形，提高調(diào)試效率，這是工程師在數(shù)字示波器使用過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題，這一部分會(huì)在以后文章中專門討論。