混合信號(hào)示波器(MSO)的基礎(chǔ)設(shè)置

引言

信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。對(duì)于同步設(shè)計(jì)，時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)間尤為重要。

使用混合信號(hào)示波器，可以輕松確定多個(gè)邏輯輸入和時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系。建立和保持時(shí)間觸發(fā)器自動(dòng)確定時(shí)鐘與數(shù)據(jù)時(shí)間關(guān)系。

建立時(shí)間是指在有效時(shí)鐘邊緣發(fā)生之前，輸入數(shù)據(jù)信號(hào)保持穩(wěn)定（高或低）的時(shí)間。保持時(shí)間是指在有效時(shí)鐘邊緣發(fā)生之后，輸入數(shù)據(jù)信號(hào)保持穩(wěn)定（高或低）的時(shí)間。同步器件（如觸發(fā)器）的元件數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定了設(shè)置和保持時(shí)間。必須滿足設(shè)置和保持時(shí)間的要求，才能確保元件能夠正確可靠地工作。

混合信號(hào)示波器（MSO）由于能夠捕捉信號(hào)的模擬和數(shù)字表示并以時(shí)間關(guān)聯(lián)的格式顯示它們，非常適合驗(yàn)證數(shù)字信號(hào)的信號(hào)完整性和調(diào)試數(shù)字電路。本應(yīng)用指南以5系列MSO為例說明，2、4、5和6系列MSO操作方式相同。
MSO2000和MSO5000系列示波器遵循相同的原理，但用戶界面有所不同。它們都結(jié)合了專業(yè)級(jí)示波器的性能和邏輯分析儀的基本功能。3系列MDO、MDO3000和MDO4000系列混合域示波器也提供16通道邏輯分析儀功能。在整個(gè)應(yīng)用指南中，MSO中提到的任何功能或能力也適用于MDO產(chǎn)品。

預(yù)告：

在本篇，將為您詳細(xì)介紹混合信號(hào)示波器（MSO）的基礎(chǔ)設(shè)置以及解釋在泰克混合示波器上的混合信號(hào)顯示。下期，將為您說明如何使用MSO輕松識(shí)別和測(cè)量數(shù)字設(shè)計(jì)中的設(shè)置和保持違規(guī)。

MSO設(shè)置

理解數(shù)字時(shí)間分辨率（數(shù)字采樣率）

一個(gè)重要的MSO采集規(guī)格是用于捕獲數(shù)字信號(hào)的時(shí)間分辨率。采樣率在不同的MSO型號(hào)之間有所不同。在進(jìn)行建立和保持時(shí)間測(cè)量時(shí)，了解時(shí)間測(cè)量分辨率非常重要。

數(shù)字采樣率和記錄長(zhǎng)度

表1列出了集成電路的建立和保持時(shí)間規(guī)格，通常為幾納秒或更短。當(dāng)使用MSO的數(shù)字邏輯輸入測(cè)試它們時(shí)，必須考慮邏輯輸入的時(shí)間分辨率。

圖1. 使用自動(dòng)測(cè)量快速驗(yàn)證邏輯信號(hào)幅度。

設(shè)置數(shù)字閾值

混合信號(hào)示波器的數(shù)字通道像數(shù)字電路一樣，將數(shù)字信號(hào)視為邏輯高或邏輯低。這意味著只要振鈴、過沖和地彈不引起邏輯轉(zhuǎn)換，這些模擬特性對(duì) MSO 來說就不是問題。與邏輯分析儀一樣，MSO 使用用戶指定的閾值電壓來確定信號(hào)是邏輯高還是邏輯低。

MSO的模擬通道可以快速檢查數(shù)字信號(hào)的邏輯擺幅。在圖1中，示波器自動(dòng)測(cè)量數(shù)字信號(hào)的幅度約為 3.6V。對(duì)于具有對(duì)稱電壓擺幅的邏輯系列，如 CMOS，閾值為信號(hào)幅度的一半。然而，對(duì)于具有非對(duì)稱電壓擺幅的邏輯系列，如TTL（晶體管-晶體管邏輯），通常需要參考組件數(shù)據(jù)表并將閾值定義為邏輯器件的最大低電平輸入電壓（TTL VIL =0.8V）和最小高電平輸入電壓（TTL VIH=2.0V）之間的中點(diǎn)（TTL V閾值=1.4V）。

圖2. 在同一個(gè)TLP058數(shù)字邏輯探頭組上設(shè)置混合邏輯系列（TTL和CMOS）的閾值。

大多數(shù)Tektronix MSO提供每通道閾值設(shè)置，這對(duì)于調(diào)試具有混合邏輯系列的電路非常有用。圖2顯示了5系列MSO使用8通道TLP058探頭測(cè)量多個(gè)邏輯信號(hào)。TTL 信號(hào)閾值設(shè)置為1.7V，3.3V CMOS信號(hào)閾值設(shè)置為1.65V，5V CMOS信號(hào)閾值設(shè)置為2.5V，從而能夠可靠地同時(shí)采集各種邏輯信號(hào)。

對(duì)于3系列MDO、MSO2000和MDO3000系列，閾值是按探頭組（一個(gè)8通道的組）調(diào)整的，因此TTL信號(hào)將在一個(gè)探頭組上，而LVPECL信號(hào)將在第二個(gè)探頭組上。

圖3. 探頭顏色編碼與波形顏色編碼相匹配，使得更容易看到哪個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)哪個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

解讀彩色編碼數(shù)字波形顯示

數(shù)字定時(shí)波形與模擬波形非常相似，只顯示邏輯高和低電平。為了簡(jiǎn)化分析，Tektronix MDO/MSO示波器將邏輯低電平顯示為藍(lán)色，邏輯高電平顯示為綠色，即使過渡不可見，也能看到邏輯值。波形標(biāo)簽的顏色還與探頭的顏色編碼相匹配，使得更容易看到哪個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)哪個(gè)測(cè)試點(diǎn)，如圖3所示。

圖4. 在MDO/MSO系列上的定時(shí)采集示例。定義了三條并行總線，并利用器件的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)其進(jìn)行解碼。

數(shù)字定時(shí)波形可以組合成一個(gè)總線。一個(gè)數(shù)字信號(hào)被定義為最低有效位，其他數(shù)字信號(hào)代表二進(jìn)制值的其他位，直至最高有效位。然后，示波器將總線解碼為二進(jìn)制或十六進(jìn)制值。

圖5. 模擬通道與數(shù)字通道時(shí)間對(duì)齊。