用混合信號示波器探測模擬和數字信號

　　許多基于微控制器的系統都有模擬和數字信號。即使看起來是完全數字的系統也不完全是數字的，因為存在振鈴和串擾等模擬效應。因此，對系統中的信號通常需要同時持有模擬和數字的視角。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、模數轉換器(ADC)輸入和數模轉換器(DAC)輸出等模擬信號，也有并行和串行的數字信號。并行數字信號包括CPU和GPIO接口的數字和地址線。以太網、SATA、PCIe、SPI、I2C和UART等接口則是高速和低速串行數據信號。混合信號示波器可以讓你在模擬或數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，有助于發現問題。通過從模擬、數字或兩者結合的觸發還有助于診斷。這些采集資源還有一整套測量與分析工具進行補充。不管是哪個域中的數據，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字化數據圖案。

　　圖1：包含模擬(綠色)、數字(紅色)和串行數據(藍色)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。

　　比較模擬和數字

　　數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。這些采樣點是以示波器的采樣速率獲取的，并用示波器中的模數轉換器(ADC)位數設定的幅度分辨率進行了數字化。現代高頻示波器具有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字軌跡代表一個比特，是以數字采樣率采樣的。幅度基本上從0到1變化，依據的是比預設的邏輯閾值(許多混合信號示波器為多種系列邏輯器件提供預設的邏輯電平)高還是低，它們代表了數字輸入的狀態。圖2顯示了模擬軌跡(底部)和數字軌跡(頂部)的比較。

　　圖2：數字軌跡(頂部)和模擬波形的比較。數字軌跡幅度用1或0表示，判斷依據是數字輸入端的電壓是高于還是低于用戶設定的邏輯閾值。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生的電壓微小變化。你可以看到諸如脈沖上沖和振鈴等現象。在C1描述塊中可見的光標幅度讀取功能可以讀到低至mV的幅度。(在數字1描述塊中的)數字軌跡光標讀取功能則報告0和1的幅度。記住，數字軌跡只顯示數字線的狀態，只有0和1兩個值。

　　當顯示多根數字線時，你通常可以選擇用一根線單獨觀察、捆綁成總線觀察或兩種觀察同時進行，如圖3所示。在圖3中，8根數字線(D0到D7)以總線形式被同時顯示在畫面上(底部軌跡)，它用十六進制計數方式顯示了所有數字線的總值。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多根數字線。總線形式顯示了十六進制計數的所有8根線總數。D0是最低位，D7是最高位。典型的測量工具包括將數字線作為源的光標和定時參數，如圖中所示。