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高性能DSO梳理串行数据流

Dan Strassberg?? 特约技术编辑?? 2005年06月30日 ?? 收藏0

  随着电子系统越来越依靠串行通信,辅以智能软件的精密数字示波器越来越必不可少。


  [引言]
  实时示波器被越来越多地应用于串行总线的调试,这归功于其独有的特性,将节省系统开发者数周的开发时间。


  新的电子技术常常引发更新的电子技术。在这一点上,很少有比现代高端DSO(数字存储示波器)的抖动测量和串行数据流分析能力更令人印象深刻的了。这些精密仪器都是随着各种使能技术的发展与融合而产生的,这些技术中许多都源于PC[z1]的发展以及工程师的需要。
  系统工程师们意识到并行总线的发展已经遇到阻碍,他们接下来转向串行接口,并由此带来要求示波器能够分析串行数据流的需求。尽管使用并行总线的设备在近几年仍然会生产,但在新的设计中对这些总线的使用将会迅速减少。产业观察家认为最后的坚持者——存储芯片——也会很快转向串行总线。
  有人也许会认为在单位时间内通过少量的线(或光纤)传输更多的数据,同时避免传输错误,这将使传输信息的任务更加复杂化。但是考虑所有的问题后就会发现,串行的数据发送方式是较好的选择。一个关键的原因在于:尽管相对于并行总线而言,串行总线需要更短的时钟周期或UI(单位间隔),但其数据以包

(packet)的形式发送,数据包的持续时间是很多个UI。因此尽管串行传输的时钟频率更高,但其时序要求却更为宽松。
  另外,串行总线使用内置时钟技术,最常用的是8bit/10bit编码。这些技术巧妙地将时钟和数据混合在一起,从而废弃了时钟线并且放松了对时滞(skew)的要求,时滞是指理想情况下应能同时到达其目的地的信号间的时差。

  复杂却也简单
  在DSO内运行的用于提供串行数据连接性能的软件是极为复杂的,但对于习惯于使用功能强大的数学软件的人来说,它并不特别复杂。编写程序并不总是必需的,尽管有一些软件包允许用户创建自己的程序,比如通过记录鼠标的点击、使用图形化编程语言或编写基于文本的程序。
  三家主要的高端数字存储示波器制造商都提供其各自的串行数据分析软件包。另外每家公司都和专业的供应商 Amherst Systems Associates (ASA)公司一起协作,以提供抖动分析软件。ASA的软件运行在Agilent、Lecroy和Tektronix的大量示波器上,这些软件可以通过示波器制造商获得,也可以直接从ASA获得。
  数年来,ASA通过应用在Hewlett-Packard的 54720A连续等效时间采样示波器上的软件赢得声誉。这款示波器已经停产了,但在ASA的网站(www.amherst-systems.com
  当然,等效时间采样(通常简称为采样示波器)仍然被广泛应用于抖动分析。例如Agilent的86100C数字通信分析仪(HP 54720的后续产品)的DCA-J版本,其产品定位于抖动分析。同样对于相似的应用,Tektronix提供CSA 8000B通信信号分析仪,LeCroy则引入具有革新性的SDA 100G。通过对输入信号的欠采样,这些示波器的带宽可达100GHz,这几乎是最高带宽实时波器的7倍。而其上升时间减少到大约 5ps。


  验证标准一致性
  一致性测试已经变成数字存储示波器(DSO)串行数据分析软件的一项普通功能。软件包根据标准进行一致性的测试,这些标准由行业协会和特别兴趣小组(SIG,special-interest groups)制定并且控制不同的高速串行总线的协议与实施细节。
  通常来说,一致性测试是很棘手的。如果没有预先安装的软件包,设计验证工程师可能要花费数周的时间来针对协议进行开发,并且花费更多的时间进行生产前的一致性测试。而这一切仅仅是为了发现——或者在更晚的时候才能发现——他们的协议中是否包含微小的瑕疵,以至会影响到测试结果的有效性。而数字存储示波器中包含的测试软件包将由负责标准的组织进行审核,这样验证工程师对他们测试的结果就会有足够的信心。
  实时示波器被越来越多地应用于串行总线的调试,这归功于其独有的特性,将节省系统开发者数周的开发时间:第一个原因是它能够揭示系统是如何从一个UI变到下一个UI的。同时如果配备更多的存储空间,存储示波器可以捕获并重复回放长时间的事件,其中被测系统可能只在短如1ns的一两个周期出现错误。通过这些记录常常能够找到是什么原因引起这些错误。此外,通过捕获并回放那些引起异常的激励波形,工程师常常可以将问题的出现次数变得足够多,并由此发现引起问题的原因并予以解决。一个采样频率为20Gsps[z2]的示波器配备100M采样点的存储器,能够以最高采样率记录10ms长度。如果将采样率降至5Gsps——通常用来采样1ns持续时间的事件——示波器可以记录40ms的时间长度。


Agilent 86100C DCA-J 数字通信分析仪
  现今高性能数字示波器可以产生各种各样的统计与时域的显示,用于调试和验证高速串行总线。一台Agilent 86100C


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