今天基于微控制器（MCU）、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）和數(shù)字信號處理器（DSP）的嵌入式設(shè)計一般都會同時包含模擬信號和數(shù)字信號成分。設(shè)計工程師以往使用示波器和邏輯分析儀來測試和調(diào)試這些混合信號嵌入式設(shè)計。而現(xiàn)在，一類新型測量工具 ―混合信號示波器（MSO）― 能讓您更好地調(diào)試這些基于 MCU、FPGA 和 DSP 的設(shè)計。

那么什么是混合信號示波器，它有什么使用要求以及它如何幫助您進行測試呢？

在談到混合信號示波器 MSO時，有幾個關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)必須要注意：通道數(shù)、帶寬和采樣率。想要有效監(jiān)測基于 MCU/FPGA/DSP 的典型設(shè)計中的各種模擬和數(shù)字 I/O 信號，滿足這些要求是關(guān)鍵所在。您還會了解到想要有效測試和調(diào)試嵌入式設(shè)計，應(yīng)在混合信號示波器 MSO 中關(guān)注的各種混合信號觸發(fā)類型。

什么是混合信號示波器(MSO）？

混合信號示波器 MSO 是一種混合式測試儀器，它將數(shù)字存儲示波器（DSO）的全部測量功能（包括自動定標(biāo)、觸發(fā)釋抑、模擬和數(shù)字通道的無限余輝以及探頭/通道偏移校正）與邏輯分析儀的部分測量功能整合在一臺儀器中。使用 MSO，您將能夠在同一顯示屏幕上看到多個時間對齊的模擬和數(shù)字波形，如圖 1 中的各示波器所示。盡管 MSO 可能缺少很多先進的數(shù)字測量功能以及完整邏輯分析儀所具有的眾多數(shù)字采集通道，但對于當(dāng)今的嵌入式設(shè)計調(diào)試應(yīng)用而言，MSO 的一些獨特優(yōu)勢是傳統(tǒng)示波器和邏輯分析儀所沒有的。

混合信號示波器 MSO 的主要優(yōu)點之一是它的使用方式，其操作方法在許多方面與示波器相同。設(shè)計和測試工程師往往不愿意使用邏輯分析儀 ― 即使是需要高效調(diào)試復(fù)雜設(shè)計 ― 因為學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)邏輯分析儀的使用方法要花費大量時間。就算工程師熟悉了邏輯分析儀的使用方法，在進行特定測量時的設(shè)置步驟也比設(shè)置示波器麻煩得多。此外，邏輯分析儀的先進測量功能對于當(dāng)今許多基于 MCU、FPGA 和 DSP 的設(shè)計來說往往也過于復(fù)雜。

示波器是研發(fā)環(huán)境中最常用的測試儀器。所有嵌入式硬件設(shè)計師都應(yīng)基本了解如何使用示波器來測量混合信號嵌入式設(shè)計的信號質(zhì)量和計時特性。但要想監(jiān)測多個模擬和數(shù)字信號間的重要計時互動，2 通道或 4 通道示波器測量一般是不夠用的。而這正是 MSO 的優(yōu)勢。

由于混合信號示波器 MSO提供“正好足夠”的邏輯分析儀測量能力，而操作復(fù)雜性沒有明顯增加，因此是在嵌入式設(shè)計中進行調(diào)試的理想工具。如前所述，MSO 的使用方式與 DSO 一樣。事實上，您可簡單地把 MSO 看成是一種多通道示波器，其中的模擬通道提供高垂直分辨率 （通常為 8 位），而增加的邏輯/數(shù)字通道則提供低分辨率（1 位）測量。高度綜合的 MSO 混合信號測量解決方案相比于 DSO 使用更簡單，波形更新速率更快，其操作方式更像是示波器而不像邏輯分析儀。

波形更新速率是所有示波器的一項重要指標(biāo)。速度慢和反應(yīng)遲鈍都會影響示波器的正常使用，無論是 DSO 還是 MSO 都不例外。因此當(dāng)示波器廠商把邏輯采集通道加入 DSO 構(gòu)成 MSO 時，絕不能犧牲波形更新速率。否則，傳統(tǒng)示波器的使用方式將會受到影響?；旌闲盘枩y量解決方案如果采用雙機配置，或者采用 USB 之類的外部通信總線來連接邏輯接口，就有可能反應(yīng)遲鈍和難以使用。而 MSO 采用高度整合的硬件體系結(jié)構(gòu)，不僅響應(yīng)更加敏捷，用起來也容易得多。

如欲詳細了解波形更新速率的重要性，請下載是德科技應(yīng)用指南《示波器波形更新速率決定捕獲偶發(fā)事件的概率》（在本文結(jié)尾處列出）。

在購買混合信號示波器 MSO 之前的評估過程中，您首先要對各廠家的印刷手冊和在線文獻（技術(shù)資料）中描述的工作特性和測量性能做個比較。這對于評測儀器的適用性和響應(yīng)能力具有一定的參考價值；但唯一真正有效的方法還是要親自上手，進行實際檢驗。

典型的混合信號示波器 MSO測量應(yīng)用和要求的性能

雖然混合信號示波器 MSO 非常適合用于捕獲混合信號器件（如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC）上的模擬和數(shù)字信號，但它們的測量應(yīng)用還包括驗證和調(diào)試基于 MCU/FPGA/DSP 且包含嵌入式地址和數(shù)據(jù)總線的混合信號設(shè)計。圖 2 是具有微控制器內(nèi)核的典型混合信號嵌入式設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖。

圖 2. 基于混合信號示波器 MSO的典型嵌入式設(shè)計

盡管人們一般將微控制器和 DSP 視為簡單的數(shù)字控制和處理器件，但當(dāng)今絕大多數(shù) MCU、 FPGA 和 DSP 實際上是包含了嵌入式模擬電路的混合信號器件。因此，需要監(jiān)測和驗證系統(tǒng)中的模擬 I/O、數(shù)字并行 I/O 端口，以及 I2C 和 SPI 等數(shù)字串行通信總線上的信號。

注意，圖 2 中的結(jié)構(gòu)圖沒有給出任何地址或數(shù)據(jù)總線信號。這是因為大多數(shù) MCU 和 DSP 的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)還包括嵌入式存儲器（RAM 和 ROM）。

由于現(xiàn)在的混合信號示波器 MSO一般有 16 個數(shù)字采集通道，因此一些工程師錯誤地認為 MSO 只能用于 8 位處理應(yīng)用（8 位數(shù)據(jù) ＋ 8 位地址 = 16 位）。但 MSO 主要用于監(jiān)測模擬和數(shù)字 I/O，即通常能在基于 MCU 和 DSP 的設(shè)計中得到的所有信號。不要嘗試把 MSO 中的數(shù)字采集通道數(shù)與基于內(nèi)部總線的 MCU 或 DSP 中的處理位數(shù)相關(guān)聯(lián)，因為它們通常沒有關(guān)聯(lián)關(guān)系。要監(jiān)測和驗證基于 8 位、16 位甚至是 32 位 MCU/DSP 的設(shè)計，16 個數(shù)字采集通道及 2 到 4 個模擬采集和觸發(fā)通道一般是富富有余的。

不過監(jiān)測基于外部總線的設(shè)計（例如采用 32 位微處理器的計算機）中的并行地址和數(shù)據(jù)線并非混合信號示波器 MSO的主要測量應(yīng)用。

如果您需要捕獲多個地址和數(shù)據(jù)總線的信號，以驗證基于外部總線的系統(tǒng)中的計時和原碼流，那么具有狀態(tài)分析和反匯編能力的邏輯分析儀可能是更好的測量工具。但假若您還需要同時在時間上關(guān)聯(lián)模擬信號和/或數(shù)字信號的模擬特征，那么多家廠商的雙機解決方案（示波器＋邏輯分析儀）就要把示波器波形導(dǎo)入到具有時間相關(guān)顯示屏幕的邏輯分析儀中。但是在您采用這種更高性能的雙機測試解決方案時，也不得不接受邏輯分析儀更為復(fù)雜的操作方式，包括緩慢或單次的波形更新速率。

但即使是在配有外部存儲器件的 32 位系統(tǒng)中，具有 16 個邏輯時間通道和 2 到 4 個模擬通道的混合信號示波器 MSO對于測量關(guān)鍵時間參數(shù)通常也足夠用了。圖 3 是使用 MSO 驗證 32 位系統(tǒng)（IBM PowerPC 405GP）中的高速存儲器件（SDRAM）建立時間的例子。使用 MSO 的碼型觸發(fā)功能，只需 4 個 MSO 數(shù)字通道就能完成對特定讀寫指令（CS、RAS、CAS、WE）的測量。再用示波器的模擬通道進一步限定在高速時鐘信號的一個邊沿上觸發(fā)，并在特定數(shù)據(jù)信號 （中間的綠色跡線）相關(guān)的 100 MHz 時鐘信號（上面的黃色跡線）上進行關(guān)鍵的計時測量，得到該外部存儲器件的建立時間為 8 ns。使用常規(guī)的 2 通道或 4 通道 DSO 無法進行這樣的測量，而使用與高速示波器相連的邏輯分析儀進行這種測量則極為費時。

ΔX = 8.00 ns
1/ΔX = 125.00 MHZ
DY(1) = 0.0 V
圖 3. 在 32 位系統(tǒng)中使用混合信號示波器 MSO進行關(guān)鍵的建立時間測量

對于混合信號嵌入式設(shè)計中的這類信號完整性測量來說，MSO 的模擬和數(shù)字采集性能通常要遠比通道數(shù)更重要。示波器模擬采集性能的最基本技術(shù)指標(biāo)是帶寬和采樣率。為進行較為精確的模擬測量，示波器帶寬至少應(yīng)該是系統(tǒng)最高時鐘速率的五倍。例如，如果需要用示波器的模擬通道監(jiān)測最大觸發(fā)/時鐘頻率為 200 MHz 的數(shù)字信號，那么為了能以適合的精度捕獲到 5 次諧波，示波器的模擬帶寬應(yīng)達到 1 GHz。對于實時/單次測量，示波器的采樣率應(yīng)是示波器帶寬的 4 倍或更快。如欲詳細了解帶寬與采樣率之間的關(guān)系，請下載是德科技應(yīng)用指南《采樣率須知大全》和應(yīng)用指南《評測您的應(yīng)用所需的示波器帶寬》。

可惜有些示波器和邏輯分析儀的用戶并未充分認識到混合信號示波器 MSO和邏輯分析儀需要具備怎樣的數(shù) 字采集性能。MSO 的數(shù)字采集性能與示波器的模擬采集性能應(yīng)當(dāng)相稱，這一點非常重要。 但這并不意味著它就是高性能示波器和低性能邏輯計時分析儀的簡單組合。是德科技推薦 MSO 的數(shù)字/邏輯采集系統(tǒng)的采樣率至少應(yīng)達到示波器模擬采集通道帶寬的兩倍。在上面我們剛剛討論的例子中，需要用 1 GHz 示波器捕獲觸發(fā)/時鐘速率為 200 MHz 的數(shù)字信號的模擬特征，而要以適合的計時精度在 MSO 的數(shù)字/邏輯通道上捕獲同一個信號，數(shù)字/邏輯通道必須達到 2 GSa/s 的采樣率。

當(dāng)您使用邏輯/數(shù)字采集通道時，測量分辨率被限制在 ±1 個采樣周期。例如，如果您打算捕獲 200 MHz（周期 = 5 ns）最大觸發(fā)/時鐘速率的數(shù)字信號，每個高或低脈沖最窄可能為 2.5 ns （假定 50% 占空比）。這意味著如果您的 MSO 數(shù)字采集系統(tǒng)用 2 GSa/s 的最大速率采樣，那么在任一脈沖沿上的計時測量誤差可能會達到 ±500 ps，這對于時間差測量來說就是在最壞條件下達到 1 ns 峰峰值誤差，即在 2.5 ns 脈沖上誤差為 40%。我們相信無論是對于 MSO 還是邏輯分析儀，超過 40% 的計時誤差都是無法接受的，正因如此我們推薦數(shù)字采集通道的采樣率必須至少為示波器帶寬的兩倍。

除帶寬和采樣率外，要考慮的另一個重要因素是探頭帶寬；包括模擬和數(shù)字系統(tǒng)探測的帶寬。如果您要捕獲的模擬或數(shù)字信號含有超過 500 MHz 的重要頻率內(nèi)容，那么需要在模擬通道上使用有源探頭。同樣，數(shù)字采集系統(tǒng)的探頭也必須能夠為數(shù)字系統(tǒng)的采樣電路提供更高頻率的信號，從而可靠地捕獲到更高頻率脈沖序列中的每一個脈沖。

混合信號觸發(fā)

混合信號示波器 MSO的采集通道數(shù)量越多（與 DSO 相比），就意味著您現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)更多種觸發(fā)方式來專門采集模擬與數(shù)字 I/O 信號的特定交互。雖然 MSO 的觸發(fā)功能不像高性能邏輯分析儀那么復(fù)雜，但也遠遠超過標(biāo)準 2 通道或 4 通道示波器的有限觸發(fā)功能。

當(dāng)今市場上的大多數(shù)混合信號示波器 MSO和混合信號測量解決方案至少能夠在單電平并行碼型觸發(fā)條件下觸發(fā)，有些 MSO 甚至能提供包括復(fù)位條件的雙電平碼型序列觸發(fā)。不過，即使您使用相對簡單的單電平碼型觸發(fā)，也會發(fā)現(xiàn)各種 MSO/混合信號測量解決方案在觸發(fā)功能上存有巨大差異。首先非常重要的一點是，MSO 能在模擬和數(shù)字輸入的組合條件下觸發(fā)。對 于有些松散的混合信號測量解決方案，由于其模擬通道和邏輯通道間的信號偏移極大，所以只能在采集系統(tǒng)的一側(cè)或另一側(cè)實施可靠的觸發(fā)。也就是說，您只能在傳統(tǒng)的模擬觸發(fā)條件下，或僅在一種并行數(shù)字條件下觸發(fā)示波器 ― 而不能同時在兩個條件下進行觸發(fā)。MSO 應(yīng)能提供混合信號觸發(fā)功能，并且在觸發(fā)的模擬通道和數(shù)字通道之間確保精確的時間對齊。我們在本文后面還將舉例說明之所以需要在混合信號條件下進行觸發(fā)，是因為這樣可以使示波器在 MCU 控制的 DAC 特定輸出相位上進行同步采集。

混合信號示波器 MSO的另一個重要考慮因素是它的碼型觸發(fā)是否包括任何類型的時間限定。除進入和/或退出觸發(fā)限定外，碼型觸發(fā)條件還應(yīng)包括最小時間限制條件。為說明這一點，一種簡單的方法就是先在不穩(wěn)定的跳變狀態(tài)下進行觸發(fā)；然后再來演示示波器可以用怎樣的工具避免這種不穩(wěn)定。圖 4 是使用 Keysight 6000 X 系列 MSO 執(zhí)行碼型 CE（1100 1110）觸發(fā)的示例。從顯示屏的上半部分（更好地顯示出信號整體圖像），我們可以看到該狀態(tài)。

CE 和 EE 是總線上 DE 和 E4 之間的不穩(wěn)定跳變狀態(tài)。它很可能不是用戶想要的觸發(fā)條件。此時，用戶可以使用示波器的時間限定菜單（Qualifier）為觸發(fā)設(shè)定時間閾值，即讓觸發(fā)狀態(tài)必須保持比規(guī)定時間更長或更短；或者保持在規(guī)定的時間范圍之內(nèi)或之外。

為避免在跳變/不穩(wěn)定的條件下觸發(fā)，最短時間限定是很重要的。當(dāng)并行數(shù)字信號改變狀態(tài)時，切換過程可能近乎同時 ― 但并非嚴格的同時。除了信號在非高非低時的有限上升沿和下降沿速度外，即使是在最佳設(shè)計的系統(tǒng)中，信號間也會有微小的時延。這意味著您的 系統(tǒng)在信號切換時，始終存在跳變的/不穩(wěn)定的信號條件。如有可能，您當(dāng)然希望 DSO/MSO 或邏輯分析儀能避免在這些不穩(wěn)定條件下觸發(fā)。

示波器（包括混合信號示波器 MSO）能夠精確地在模擬觸發(fā)電平/閾值跨越點觸發(fā)，而邏輯分析儀通常使用基于樣本的 觸發(fā)?；跇颖镜挠|發(fā)將產(chǎn)生 ± 1 個采樣周期的峰峰值觸發(fā)抖動/不確定度（最壞條件下峰峰值不確定度 = 2 個采樣周期）。我們通過“基于樣本的觸發(fā)”首先讓儀器對輸入信號隨機采樣，然后根據(jù)采樣數(shù)據(jù)建立觸發(fā)參考點。這種類型的觸發(fā)會產(chǎn)生明顯的觸發(fā)抖動，這對于某些典型邏輯分析儀可能是允許的，但對用于觀察重復(fù)信號的常規(guī)示波器或 MSO 測量則都是不可接受的。

圖 4. 在沒有最小時間限定的情況下，示波器在不穩(wěn)定的跳變狀態(tài)下觸發(fā)。

圖 5 是配有混合信號選件的示波器，它能根據(jù)采樣數(shù)據(jù)生成觸發(fā)事件。圖 6 顯示了一個 Keysight混合信號示波器 MSO的例子，它利用模擬硬件比較器在所有模擬和數(shù)字輸入信號上進行觸發(fā)。

圖 5. 基于樣本的碼型觸發(fā)產(chǎn)生了 4 ns 的觸發(fā)抖動（使用配有混合信號示波器 MSO選件的 LeCroy WaveRunner）。

在這一混合信號測量實例中，各示波器都設(shè)置為在 MCU 數(shù)字輸出端口的特定 8 位碼型條件下進行觸發(fā)。該條件與數(shù)字輸入通道 D4（A4）的上升沿同步 。為測量 D4（A4）信號的信號完整性，我們把示波器的一個模擬通道設(shè)置為對同一個數(shù)字信號進行“雙重探測”。 如您在圖 5 中所見，以采樣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行數(shù)字觸發(fā)的示波器產(chǎn)生了差不多 4 ns 的峰峰值觸發(fā)抖動，這是因為它的最大數(shù)字/邏輯通道采樣率只有 500 MSa/s（±1 個不確定度采樣周期）。注意：在使用示波器的無限余輝顯示模式時，重復(fù)模擬跡線（中間的綠色跡線）中有 4 ns 的峰峰值“拖影”。

圖 6 所示為使用 Keysight混合信號示波器 MSO執(zhí)行相同重復(fù)觸發(fā)測量的結(jié)果，它在實時模擬比較器硬件技術(shù)的基礎(chǔ)上生成觸發(fā)事件，而不是基于樣本觸發(fā)。在把示波器設(shè)置為 5 ns/格時，我們就能用該示波器的無限余輝顯示模式觀察到非常穩(wěn)定的模擬跡線，即使觸發(fā)只是基于示波器的數(shù)字/邏輯通道輸入而實現(xiàn)。我們現(xiàn)在就能夠使用示波器的一個模擬輸入通道對重復(fù)輸入信號進行更精確的信號完整性測量。

圖 6. Keysight MSO 中的實時比較器硬件碼型觸發(fā)產(chǎn)生了極低的觸發(fā)抖動。

在為您的混合信號嵌入式應(yīng)用評測各種 MSO/混合信號測量解決方案時，最后要考慮的一件事情是示波器是否能在串行 I/O（例如 I2C 和 SPI）的特定地址和數(shù)據(jù)傳輸上觸發(fā)。串行 I/O 在如今的嵌入式設(shè)計中使用非常廣泛。在本文的下一節(jié)中，我們會展示一個例子，其中需要進行串行觸發(fā)，以便使示波器根據(jù)混合信號嵌入式設(shè)計中的串行輸入命令，對特定模擬輸出“線性調(diào)頻”信號進行同步采集。

激活和調(diào)試真正的混合信號嵌入式設(shè)計

讓我們現(xiàn)在來看看由美國加利福尼亞州奇哥市（Chico）Solutions Cubed 公司所設(shè)計的一種混合信號嵌入式產(chǎn)品的激活和調(diào)試過程。圖 7 是該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖。

這個混合信號嵌入式產(chǎn)品的核心是 Microchip PIC18F452/PT 微控制器，它使用內(nèi)部的 16 位指令集工作。由于這種特殊的 MCU 有內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)并包括一個嵌入式模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）， 因此該混合信號器件及相應(yīng)的外圍電路就成為使用混合信號示波器 MSO激活和調(diào)試嵌入式混合信號設(shè)計的極好例子。

這項設(shè)計的最終目標(biāo)是依據(jù)各種模擬、數(shù)字和串行 I/O 輸入條件，產(chǎn)生不同長度、形狀和幅度的模擬“線性調(diào)頻”輸出信號。（“線性調(diào)頻”是包括特定周期數(shù)的射頻脈沖模擬輸出信號，在航天與國防和汽車應(yīng)用中經(jīng)常遇到）。

圖 7. 根據(jù)模擬、數(shù)字和串行 I/O 產(chǎn)生模擬“線性調(diào)頻”輸出的混合信號嵌入式設(shè)計

MCU 同時監(jiān)測如下三種輸入，以確定輸出線性調(diào)頻信號的特征：

1. 用 MCU 上的一個并行數(shù)字 I/O 端口監(jiān)測系統(tǒng)控制面板的狀態(tài)，從而確定輸出所產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號的形狀（正弦波、三角波、方波）。
2. 通過 MCU 上的一個 ADC 輸入監(jiān)測加速度模擬輸入傳感器的輸出電平，從而確定輸出所產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號的幅度。
3. 使用 MCU 上的專用 I2C 串行 I/O 端口監(jiān)測串行 I2C 通信鏈路的狀態(tài)，從而確定輸出線性調(diào)頻中產(chǎn)生的脈沖數(shù)。這一 I2C 通信輸入信號由該嵌入式設(shè)計中的另一個智能子系統(tǒng)部件產(chǎn)生。

根據(jù)模擬、數(shù)字和串行輸入這三個狀態(tài)，MCU 經(jīng)過編程后向外部 8 位 DAC 連續(xù)輸出一串并行信號，以生成各種幅度、形狀和長度的模擬線性調(diào)頻信號。DAC 的未濾波階梯波形輸出饋送至模擬低通濾波器，以平滑信號和降低噪聲。這一模擬濾波器也為該輸出信號引入了預(yù)先確定大小的相移。最后，MCU 通過另一個可用的數(shù)字 I/O 端口產(chǎn)生并行數(shù)字輸出，以驅(qū)動 LCD 顯示屏為用戶提供系統(tǒng)狀態(tài)信息。

在這項設(shè)計中，設(shè)計/編程 MCU 的第一步是為 MCU 的 I/O 配置適當(dāng)數(shù)量的模擬和數(shù)字 I/O 端口。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師要通盤考慮 MicroChip 這種特殊微控制器中模擬 I/O 數(shù)與數(shù)字 I/O 端口的權(quán)衡。

在嘗試對 MCU 編程以監(jiān)測各種輸入和產(chǎn)生規(guī)定的最終輸出信號之前，設(shè)計團隊決定最好先開發(fā)激活該嵌入式設(shè)計某一部分/某項功能的測試代碼，在增加交互式的復(fù)雜性之前先驗證它工作正確性和信號完整性。激活和調(diào)試的第一部分電路/第一項功能是外部 DAC 輸出和輸入以及模擬濾波器。為驗證該電路和內(nèi)部固化軟件在正確工作，我們最初把 MCU 編碼為產(chǎn)生固定幅度的連續(xù)/重復(fù)正弦波，而不考慮輸入信號條件。

圖 8 為 Keysight InfiniiVision 系列混合信號示波器 MSO的屏幕快照，該 MSO 同時捕獲外部 DAC（MCU 數(shù)字 I/O 端口的輸出）的連續(xù)數(shù)字輸入，以及 DAC 的階梯輸出以及經(jīng)模擬濾波的輸出。由于這個特殊信號是電平相對低的輸出信號，僅使用 8 位 DAC（最多 256 個電平）的 16 個電平，我們可以很方便地在示波器顯示屏幕上觀察該轉(zhuǎn)換器的階梯波形輸出特征（綠色跡線）。

把這一特定采集設(shè)置為當(dāng) DAC 輸出到達其最高輸出電平（屏幕中央）時觸發(fā)。使用常規(guī)的示波器無法在這一特定點觸發(fā)，因為示波器觸發(fā)需要邊沿跳變。為了在輸出信號的這一點/相位處觸發(fā)，我們首先依據(jù)與外部 DAC 最高輸出模擬電平相一致的數(shù)字輸入信號，建立簡單的單電平碼型觸發(fā)條件。為恰好在波形的這一點上觸發(fā)，設(shè)計師輸入了并行二進制碼型“1110 0110”。由于該 MSO 使用“時間限定”碼型觸發(fā)，示波器始終在規(guī)定碼型的開始處觸發(fā)，而絕不會在不穩(wěn)定/跳變條件處觸發(fā)。

圖 8. Keysight InfiniiVision 系列 MSO 捕獲由 MCU 控制的 DAC 的并行數(shù)字輸入和模擬輸出。

圖 9. Keysight MSO 使用模擬和數(shù)字碼型觸發(fā)組合，在 50% 交叉點處觸發(fā)

圖 9 顯示了除了模擬觸發(fā)條件之外，MSO 的另一個觸發(fā)條件。在對并行數(shù)字輸入信號使用碼型觸發(fā)時，它可設(shè)置 MSO 在 DAC 的 50% 輸出電平點精確觸發(fā)。如前所述，并非所有 MSO/混合信號測量解決方案都允許在模擬和數(shù)字條件組合下進行混合信號觸發(fā)。但由于在相同電平（50% 上升電平和 50% 下降電平）上存在兩個模擬輸出條件，要與上升或下降點的觸發(fā)保持一致性，所需要的不僅僅是在 8 位輸入碼型上的碼型觸發(fā)。通過另外限定在模擬通道 1 的“0”電平（頂部黃色跡線）上觸發(fā)，示波器就能使用模擬和數(shù)字碼型觸發(fā)的組合，在所需要的相位處觸發(fā)。注意，模擬信號在高于模擬觸發(fā)電平時被看作“1”，在低于觸發(fā)電平時被看作“0”。

圖 9 還顯示了對濾波輸出信號的自動參數(shù)測量，包括相對于未濾波 DAC 輸出的幅度、 頻率和相移。

在激活和驗證了外部 DAC 和模擬濾波電路工作正常后，該設(shè)計/激活過程的下一步是進行編程，根據(jù)串行 I2C 輸入產(chǎn)生特定數(shù)量的非重復(fù)正弦波脈沖（線性調(diào)頻）。圖 10 顯示了使用標(biāo)準的示波器邊沿觸發(fā)所得到的不同長度線性調(diào)頻的重疊（無限余輝）。相比之下，傳統(tǒng)示波器的邊沿觸發(fā)無法限定在規(guī)定長度的線性調(diào)頻上進行觸發(fā)。

圖 10. 常規(guī)示波器的邊沿觸發(fā)不能同步在特定長度的 線性調(diào)頻上進行觸發(fā)。

使用 I2C 觸發(fā)功能，Keysight MSO 示波器就能實現(xiàn)在特定串行輸入條件下同步開始采集。這些條件指示 MCU 產(chǎn)生規(guī)定長度（脈沖數(shù)）的輸出線性調(diào)頻。

圖 11 描述了示波器在 3 周期線性調(diào)頻上進行觸發(fā)以及在串行地址和數(shù)據(jù)內(nèi)容上進行 I2C 觸發(fā)的功能。數(shù)據(jù)通道 D14 和 D15 分別定義為 I2C 時鐘和數(shù)據(jù)輸入觸發(fā)信號。實際上我們可以將 16 個數(shù)字通道或 2 到 4 個模擬示波器通道中的任意通道定義為在這兩個輸入信號上進行串行觸發(fā)。在監(jiān)測串行輸入和模擬輸出信號的同時，D0-D7 設(shè)置為在“總線” 疊加顯示中監(jiān)測外部 DAC 輸入（MCU 輸出）信號。

圖 11. 使用 Keysight MSO 中的 I2C 觸發(fā)和解碼功能在 3 周期線性調(diào)頻上進行觸發(fā)。

圖 12 的底部顯示了時間關(guān)聯(lián)的 I2C 串行解碼跡線。您還能以更熟悉的表格形式（如顯示屏上半部分所示）來查看串行解碼。

圖 12. I2C 信號能以時間關(guān)聯(lián)形式或是表格解碼形式顯示（見本屏幕上半部分）。

雖然圖中沒有顯示出來，但示波器的另一個模擬通道可以被設(shè)置為同時探測和采集來自加速度傳感器的模擬輸入信號，以確定輸出信號的幅度。此外，您也可以使用空閑的 MSO 數(shù)字通道來監(jiān)測和/或進一步限定在數(shù)字控制面板輸入和/或 LCD 輸出驅(qū)動器信號上進行觸發(fā)。

總結(jié)

混合信號示波器（ MSO）非常適合用于調(diào)試和驗證當(dāng)今各種基于 MCU、FPGA 和 DSP 的混合信號設(shè)計是否正常工作。MSO 能夠在一臺綜合儀器上同時顯示時間關(guān)聯(lián)的模擬和數(shù)字波 形，并可在全部模擬和數(shù)字通道上實現(xiàn)功能強大的混合信號觸發(fā)，因此能讓設(shè)計人員使用他們熟悉的、類似示波器用戶界面和使用方式的工具更快地調(diào)試混合信號嵌入式設(shè)計。

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目前市場上混合信號示波器 MSO和綜合型混合信號測量工具層出不窮，在決定購買之前，您一定要仔細評測這些儀器的測量功能和實用性。

您應(yīng)特別關(guān)注如下七項特性：

1.MSO的使用方式應(yīng)類似于您所熟悉的示波器 ― 而不是像邏輯分析儀。
2. MSO 應(yīng)當(dāng)具備示波器的全部測量功能，同時不會犧牲其他特性，例如自動定標(biāo)、觸發(fā)釋抑、無限余輝（模擬和數(shù)字通道）以及探頭/通道偏移校正等。
3. MSO 要像示波器那樣提供快速的波形更新速率，而不能像邏輯分析儀那樣更新速率較慢。
4. MSO 的數(shù)字/邏輯通道采集系統(tǒng)性能（采樣率和探測帶寬）要與示波器的模擬采集系統(tǒng)性能相適配。
5. MSO 要能跨模擬和數(shù)字通道進行觸發(fā)（混合信號觸發(fā)），并具有精確的時間對齊功能。
6. MSO 要能根據(jù)最小限定時間在碼型上觸發(fā)，避免在不穩(wěn)定/跳變的數(shù)字切換條件下觸發(fā)。
7. MSO 要能提供基于實時模擬比較器技術(shù)的模擬和數(shù)字觸發(fā) ― 而非基于樣本的觸發(fā)（后者會在重復(fù)模擬波形上產(chǎn)生顯著的觸發(fā)抖動）。

審核編輯：湯梓紅