引言
　　帶寬、采樣率和存儲器深度是工程師選擇數(shù)字示波器時最常使用的評估指標(biāo)。波形更新率則是另一項(xiàng)重要的考慮因素。示波器采集波形和更新顯示的速率確定了捕獲到隨機(jī)和偶發(fā)事件，例如毛刺的概率。這篇文章通過調(diào)試應(yīng)用 ── 試圖捕獲隨機(jī)和偶發(fā)產(chǎn)生的亞穩(wěn)態(tài) ── 來說明波形更新率的重要性。文章也討論了使用專門的重復(fù)快采集模式，以及可能的權(quán)衡。
　　當(dāng)您評估示波器時，其反應(yīng)能力會影響您的決定。為正確感受示波器反應(yīng)是否敏捷，只需探測相對快的重復(fù)信號和觀看其反應(yīng)。如果示波器的顯示更新太慢，就會感到這臺示波器非常遲鈍，因而極不好用。今天一些有較深存儲器的示波器就屬于這種情況，因?yàn)樘幚砩畲鎯ζ饔涗浂鴾p慢了更新率。一般來說，如果示波器顯示達(dá)到至少每秒二十次更新，所顯示的波形將表現(xiàn)為“實(shí)況”，并感覺示波器反應(yīng)敏捷。但波形更新率的重要性遠(yuǎn)不止是反應(yīng)能力這一個方面?！皩?shí)況”感覺并不能說明示波器捕獲到偶發(fā)和隨機(jī)事件的概率。
　　今天的一些示波器廠商宣稱更新率達(dá)到數(shù)十萬波形∕秒的量級。但人眼并不能辨析這一量級的差別。當(dāng)您調(diào)試高速數(shù)字電路時，由于能增加捕獲偶發(fā)事件的概率，因此示波器更新率達(dá)到這一量級至關(guān)重要。如果您要觀察的是精確重復(fù)的信號（無異常），那么極快的更新率并不很重要。但當(dāng)信號并非精確重復(fù) ── 即有異常產(chǎn)生時 ── 隨機(jī)和偶發(fā)產(chǎn)生的事件會使您大傷腦筋。更快的更新率能提高捕獲到難解事件的概率，為您的調(diào)試提供幫助。

用實(shí)時采樣捕獲亞穩(wěn)態(tài)
　　圖1示出一個隨機(jī)亞穩(wěn)態(tài)（毛刺），它在數(shù)據(jù)信號中平均每50,000個周期僅產(chǎn)生1次。如果您事先知道該事件為隨機(jī)發(fā)生，就可把大多數(shù)示波器設(shè)置在毛刺條件上觸發(fā) ── 即根據(jù)最小脈沖寬度設(shè)置示波器 ── 從而可靠捕獲示波器各次采集上的毛刺。但如果您不知道毛刺的存在，就可能只是簡單探查設(shè)計(jì)中的不同信號來驗(yàn)證正確的信號保真度，因此示波器設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)的上升或下降沿條件上觸發(fā)。
　　由于它們相對慢的更新率，大多數(shù)示波器為捕獲偶發(fā)事件，需要采集遠(yuǎn)不止是幾秒的數(shù)據(jù)。如果您打算用一般調(diào)試方法，在每一測試點(diǎn)上探測幾秒鐘，并想捕獲到各結(jié)點(diǎn)上可能產(chǎn)生的偶發(fā)事件，示波器就必須有極快的更新率。

圖 1. Agilent MSO6000 系列示波器用實(shí)時采樣捕獲到的偶發(fā)亞穩(wěn)態(tài)
　　圖1是用 Agilent's 6000系列示波器捕獲到的毛刺，該示波器甚至能在帶sin(x)/x重建時，用實(shí)時采樣達(dá)到100,000次∕秒的波形更新。在這一更新率下，示波器捕獲到該特定信號的統(tǒng)計(jì)概率約為每秒二次。采用Agilent專有第三代 MegaZoom 技術(shù)的Agilent示波器實(shí)現(xiàn)了這一業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的實(shí)時更新率。

　　一旦我們發(fā)現(xiàn)電路存在非預(yù)期的行為，就可開始進(jìn)一步調(diào)試我們的系統(tǒng)。使用混合信號示波器（MSO）的邏輯通道，就能設(shè)置跨多個模擬和數(shù)字通道的組合邏輯碼型觸發(fā)條件。它揭示由于時鐘抖動，我們的系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)對建立—保持時間指標(biāo)的超差，如圖2所示。

圖 2. 碼型觸發(fā)揭示建立—保持時間超差
　　Agilent 6000系列示波器實(shí)現(xiàn)每秒 100,000個實(shí)時波形的意義何在？可把它與今天市場上的其它示波器作一比較。使用其它數(shù)字示波器的默認(rèn)實(shí)時采樣模式，波形更新率范圍約60至 700波形。雖然60波形∕秒對于示波器的“實(shí)況”感覺是足夠快的，但為捕獲到每 50,000個周期平均僅產(chǎn)生一次的特定亞穩(wěn)態(tài)，需要把探頭放在測試點(diǎn)上的平均時間將近 14 分鐘。即使是聽起來給人印象深刻的700波形∕秒，把探頭放在測試點(diǎn)上的平均時間也超過1分鐘。
　　如果您打算用一般調(diào)試方法，在每一測試點(diǎn)上探測幾秒鐘，使用任何其它DSO的默認(rèn)實(shí)時采集模式都可能丟失這一事件。為在幾秒鐘內(nèi)捕獲這一特定錯誤事件，您需要示波器有每秒數(shù)萬個波形，甚至更快。

使用專門的采集模式
　　使用其它“專門”采集模式情況如何呢？今天市場上的一些宣稱具有100,000波形∕秒量級的波形更新率。但這需要選擇專門的快采集模式。示波器中的“專門”工作模式會在其它方面有所犧牲，通常會影響采樣率和采集存儲器深度 ── 有時需要用重復(fù)∕等效時間采樣模式代替實(shí)時采樣。此外，它也影響示波器的測量功能，包括波形測量，波形運(yùn)算，以及對保存波形的平移和縮放。
　　雖然對于捕獲偶發(fā)事件，專門的快采集模式有時也不失為一種正確選擇，但您應(yīng)知道在使用這一“專門”工作模式時，必須考慮在性能和功能上作出的權(quán)衡。此外，雖然某種示波器可能宣稱使用特定工作模式達(dá)到100,000波形∕秒量級的波形更新率，但這些更新率可能僅適用于很窄的條件，而且可能給出的是離散點(diǎn) ── 而不是各采集周期的完整波形。

定義完整波形
　　并非所有建立的波形都相同。您如何定義一個完整的波形？根據(jù)定義，當(dāng)您使用帶重建sin(x)/x的實(shí)時采樣時，每一次采集將產(chǎn)生一個包括最小為500至1000點(diǎn)的完整波形。但當(dāng)您使用等效時間∕重復(fù)采樣，大多數(shù)使用“專門”快采集模式的示波器產(chǎn)生的波形并不完整，越快的時基范圍上有越寬的樣本間距。以200 ps/div為例，今天市場上的某種示波器在每一個采集周期只產(chǎn)生2.5點(diǎn)（平均），這是因?yàn)檫x擇專門快采集模式時示波器被限制為只有1.25GSa/s的最大采樣率。顯然，這樣的點(diǎn)數(shù)對于定義一個完整波形是不足的。雖然這些示波器在較快時基范圍時能保持超過100,000采集∕秒的采集率，但在此設(shè)置下并不能每秒產(chǎn)生100,000個完整波形。因此為比較使用專門等效時間采樣技術(shù)的各種示波器的波形∕秒，必須規(guī)范在較快時基范圍的實(shí)際采集率，從而計(jì)算“完整”波形∕秒的更新率。Agilent建議用最小500數(shù)字化點(diǎn)作規(guī)范系數(shù)。因此如果某種示波器能達(dá)到100,000采集∕秒的更新，但每次采集僅產(chǎn)生2.5點(diǎn)，就需要通過約200個采集周期，才能產(chǎn)生一個包括500點(diǎn)的“完整”波形。這意味著有效波形更新率并非100,000波形∕秒（使用專門的快采集重負(fù)采樣），而實(shí)際僅為500個“完整”波形∕秒。

　　除了提醒您注意專門的快采集模式外，您還應(yīng)知道許多其它設(shè)置條件的變化都會影響波形更新率，包括時基范圍、測量、有效通道數(shù)、存儲器，以及顯示波形的復(fù)雜程度等。圖 3示出Agilent新6000系列示波器作為時基設(shè)置函數(shù)的波形數(shù)∕秒。

圖3. 作為時基設(shè)置函數(shù)的Agilent 6000系列示波器的波形更新率

總結(jié)
　　雖然工程師在選擇數(shù)字示波器時通常會了解波形更新率性能，但波形更新率對您發(fā)現(xiàn)和排除間歇性電路問題的能力有重大影響。采用 MegaZoom 技術(shù)的 Agilent 6000 系列示波器提供最快的實(shí)時波形更新率，而不要求使用者選擇專門的工作模式，從而避免在性能和功能上作出權(quán)衡。由于Agilent混合信號示波器有16個邏輯定時通道，使找到間歇性故障的原因成為比較容易的任務(wù)。為更深入討論波形更新率的重要性，請參看Agilent應(yīng)用指南1551“改進(jìn)您捕獲難解事件的能力：為什么示波器的波形更新率非常重要？”，您可從www.agilent.com/find/scopes下載這篇應(yīng)用指南。