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前言
不論是對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行一致性測(cè)試，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性，還是加快生產(chǎn)線的測(cè)試程序，掩�；蚰０鍦y(cè)試都為多數(shù)數(shù)字示波器提供了一個(gè)使用簡(jiǎn)便、節(jié)約時(shí)間的工具。掩模是一個(gè)可以加載到示波器，并作為基準(zhǔn)與被測(cè)器件(DUT)發(fā)出的輸入信號(hào)進(jìn)行對(duì)比的模板，通過(guò)定義輸入信號(hào)不得相交的區(qū)域，掩模顯示波形可以接受的邊界。如果輸入信號(hào)超過(guò)掩模的邊界，比較或掩模測(cè)試結(jié)果為不合格。掩模測(cè)試可以在一個(gè)比較中迅速完成多項(xiàng)測(cè)量，同時(shí)為測(cè)試合格或不合格提供重要的可視化反饋信息�？梢杂脕�(lái)測(cè)試波形的掩模類型包括業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試定義的標(biāo)準(zhǔn)掩模、為“極好”或已知良好的信號(hào)自動(dòng)發(fā)生的掩模、在PC上發(fā)生并加載到示波器用戶定義的掩模等。
通信一致性測(cè)試
在當(dāng)前迅速變化、競(jìng)爭(zhēng)激烈的通信行業(yè)中，將多家制造商生產(chǎn)的數(shù)字設(shè)備連接起來(lái)非常關(guān)鍵。這必然要求針對(duì)業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一致性測(cè)試，以保證各個(gè)元器件之間的互操作能力。
隨著對(duì)電信系統(tǒng)需求的提高，測(cè)試已經(jīng)成為保證最低中斷時(shí)間的關(guān)鍵。工程師需要迅速、簡(jiǎn)便地檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)組件的設(shè)計(jì)，如交換機(jī)、多路復(fù)用器、中繼器和路由器。為了檢驗(yàn)是否兼容業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，必須測(cè)量多個(gè)電信信號(hào)參數(shù)。許多標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)包含了這些測(cè)量指標(biāo)，如北美標(biāo)準(zhǔn)(ANSI T1.102)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (ITU-T G.703)和以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802.3)。對(duì)于DS1或DS3之類的脈沖信號(hào)，ANSI標(biāo)準(zhǔn)列明了脈寬、最大振幅、過(guò)沖、下沖和脈形等測(cè)試參數(shù)。
通過(guò)使用示波器、同時(shí)使用掩�；蚰０澹梢院�(jiǎn)便地完成所有這些測(cè)量，而不必進(jìn)行四次或五次單獨(dú)的參數(shù)測(cè)量。掩模通常包括上邊界線和下邊界線，如果輸入信號(hào)位于掩模之內(nèi)，亦即位于兩個(gè)邊界線之間，那么所有參數(shù)都位于可以接受的容許誤差范圍內(nèi)，信號(hào)通過(guò)一致性測(cè)試。但是，如果信號(hào)的某個(gè)部分落在掩模外面，則測(cè)試不合格。
正如早期的示波器測(cè)量要求計(jì)算格線及進(jìn)行數(shù)學(xué)精算一樣，早期的掩模測(cè)試也包括使用油筆在示波器顯示屏上畫出掩模，或使用一張包含掩模的幻燈片膠片，投影顯示屏上。這種粗糙、不準(zhǔn)確的目測(cè)方法現(xiàn)在已經(jīng)被數(shù)字示波器代替，因?yàn)閿?shù)字示波器不僅能夠顯示掩模的上下邊界線，而且可以對(duì)采集的信號(hào)執(zhí)行非常精確的自動(dòng)合格/不合格測(cè)試。
在安捷倫Infiniium系列示波器中，示波器創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為波形查看區(qū)域中的每個(gè)像素提供唯一的位置，從而完成掩模測(cè)試。數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)位置都具有一個(gè)21位計(jì)數(shù)器(最大計(jì)數(shù)超過(guò)200萬(wàn))，當(dāng)輸入信號(hào)的一個(gè)點(diǎn)在波形查看區(qū)域中顯示一個(gè)像素時(shí)，該像素的計(jì)數(shù)器會(huì)遞增。在掩模測(cè)試過(guò)程中，代表超出掩模區(qū)域像素的任何數(shù)據(jù)點(diǎn)都會(huì)導(dǎo)致掩模測(cè)試失敗。示波器的數(shù)據(jù)庫(kù)在每次觸發(fā)輸入信號(hào)時(shí)不斷構(gòu)建，直到關(guān)閉掩模測(cè)試。還可以在直方圖分析和顏色漸變余輝中使用示波器的數(shù)據(jù)庫(kù)，以進(jìn)一步增強(qiáng)故障的統(tǒng)計(jì)分析。
作為數(shù)字示波器典型的電信掩模測(cè)試選件，Infiniium的電信掩模套裝選件為20多種標(biāo)準(zhǔn)電信掩模提供全面的電子掩械測(cè)試，如DS1、DS3和STS1。在示波器的顯示器上可以顯示任何標(biāo)準(zhǔn)掩模。
安捷倫還提供自動(dòng)調(diào)整功能，以加快設(shè)置過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，它將調(diào)整示波器的水平和垂直設(shè)置，以把信號(hào)與掩模對(duì)齊，并建立觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。示波器可以自動(dòng)執(zhí)行快速搜索，找到掩模與測(cè)試信號(hào)的最優(yōu)匹配，幾乎不需要手動(dòng)示波器調(diào)整。然后可以使用掩模，通過(guò)示波器的合格/不合格測(cè)試功能，查看輸入信號(hào)是否滿足一致性標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，掩模測(cè)試將表明波形測(cè)試及發(fā)生的任何故障的數(shù)量。此外，示波器屏幕上的可視顯示屏將點(diǎn)亮故障區(qū)域；落在掩模模板外面的信號(hào)部分將被點(diǎn)亮或顯示為紅色，表明測(cè)試不合格。
連接能力是關(guān)鍵
把DUT連接到示波器是通信客戶面臨的重要問(wèn)題，必需使用示波器，把輸入阻抗與被測(cè)器件的阻抗匹配。對(duì)于差動(dòng)通信信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換成單端電壓，以便用示波器進(jìn)行測(cè)量。
以往，許多通信工程師必須使用自己設(shè)計(jì)的適配器，把示波器連接到設(shè)備上。但現(xiàn)在，示波器通信套件可以包含所需的適配器。例如，Infiniium掩模套件帶有一個(gè)AC耦合的均衡適配器，通過(guò)為信號(hào)提供100歐姆、110歐姆或120歐姆端子，可以連接到差動(dòng)通信信號(hào)，還把各種連接器樣式 (bantam, RJ48C和Siemens)適配到示波器的50歐姆BNC輸入。使用內(nèi)置的三路開關(guān)選擇端子阻抗，示波器的自動(dòng)探頭接口則可以識(shí)別適配器；DC耦合的不平衡適配器把通信信號(hào)(如DS3和E3)連接到示波器的50歐姆BNC輸入。這些連接器增加了用戶信心，保證了DUT連接的可靠性，并提供精確的測(cè)試結(jié)果。
包括眼圖在內(nèi)更多掩模
除簡(jiǎn)單的上下邊界掩模外，眼圖測(cè)試也很有用，這是數(shù)字系統(tǒng)性能的定性指標(biāo)。在連續(xù)掃描中，隨機(jī)位圖會(huì)構(gòu)成一個(gè)可能的位圖序列和轉(zhuǎn)換的合成圖片，生成一個(gè)眼圖。觸發(fā)源是一個(gè)沒有顯示的穩(wěn)定時(shí)鐘。脈沖中央的大型張開區(qū)域稱為張開程度，其頂部值為1，底部值為0。脈沖中央頂部和底部的距離為眼高，轉(zhuǎn)變之間的距離為眼寬。
通過(guò)顏色漸變余輝，可以獲得信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)。顏色漸變余輝采用不同的顏色，表示顯示器上一個(gè)像素已被點(diǎn)亮的次數(shù)，從而可以及時(shí)估計(jì)信號(hào)中事件的發(fā)生頻率。這比普通顯示器提供了更多的可視信息，在通信中，可以用來(lái)構(gòu)成和查看眼圖。使用示波器構(gòu)成眼圖和直方圖為測(cè)量抖動(dòng)提供了一個(gè)非常精確的方式，抖動(dòng)可以定義為距理想狀態(tài)的相位偏差或定時(shí)偏差。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，抖動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致誤碼率。對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)工程師，時(shí)鐘和輸入數(shù)據(jù)邊沿之間的抖動(dòng)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送不準(zhǔn)確。在某些示波器中，眼圖測(cè)試和直方圖可以在輸入信號(hào)上進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)測(cè)量�？梢运交虼怪憋@示直方圖，使用垂直直方圖測(cè)量電壓噪聲或眼圖1和0電平，水平直方圖則測(cè)量定時(shí)抖動(dòng)或確定眼圖交叉的區(qū)域。
高速數(shù)據(jù)通信測(cè)試
另一類示波器是高速取樣示波器，它們有助于高速數(shù)字通信工程師處理先進(jìn)的光纖和高端技術(shù)。這些示波器具有50 GHz的帶寬、低噪聲及內(nèi)置的電信測(cè)試功能，通信工程師可以處理每秒千兆位的數(shù)據(jù)速率，查看和測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)字示波器在一次觸發(fā)中捕獲和顯示整個(gè)事件，與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)字示波器不同，取樣示波器的專門結(jié)構(gòu)要求重復(fù)信號(hào)，因?yàn)樗诿看斡|發(fā)事件中只能捕獲一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這種示波器要求數(shù)百次觸發(fā)來(lái)構(gòu)建一個(gè)波形，但精度非常高，從而實(shí)現(xiàn)極高的帶寬指標(biāo)，為通過(guò)具有光輸入和電輸入的示波器測(cè)量高速數(shù)據(jù)信號(hào)提供了理想的解決方案。
用戶定義的掩模測(cè)試
某些標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定掩模定義，而可以把已知的良好信號(hào)作為“黃金”標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)，可以簡(jiǎn)便地生成一個(gè)用戶定義的專用掩模。例如，大多數(shù)示波器現(xiàn)在提供了“自動(dòng)掩�！惫δ�，從已知的良好信號(hào)開始，規(guī)定垂直和水平容限，示波器的軟件算法在顯示器上自動(dòng)生成一個(gè)與信號(hào)有關(guān)的測(cè)試包絡(luò)。這個(gè)包絡(luò)可以存儲(chǔ)為掩模，以備將來(lái)調(diào)用，根據(jù)這一用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行掩碼測(cè)試，可以對(duì)測(cè)試包絡(luò)中新輸入信號(hào)進(jìn)行合格/不合格比較。
改變?nèi)菹�，可提供自定義的測(cè)試規(guī)范，也可以從標(biāo)準(zhǔn)掩模開始，針對(duì)特定測(cè)試修改掩模。某些示波器的電信掩模是簡(jiǎn)單的文本文件，可以使用字處理或數(shù)據(jù)處理軟件在PC上簡(jiǎn)便地進(jìn)行修改，然后把修改后的新掩模重新加載到示波器中，完成客戶掩模測(cè)試 。
研發(fā)工程師每天都要處理信號(hào)完整性問(wèn)題，由于能夠生成用戶定義的掩模，因此可以節(jié)約時(shí)間。信號(hào)完整性是指信號(hào)以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和電壓作出反應(yīng)的能力，可能源于集成電路在設(shè)計(jì)中放置不當(dāng)、端接器件或高速信號(hào)路由不正確等，導(dǎo)致設(shè)計(jì)產(chǎn)生不良的數(shù)據(jù)輸出、發(fā)生間歇故障或根本不能運(yùn)行，并顯示假觸發(fā)、振鈴、過(guò)沖或下沖，或表現(xiàn)出設(shè)置和保持時(shí)間問(wèn)題。
如果信號(hào)以要求的時(shí)間、持續(xù)間隔和電壓到達(dá)，那么設(shè)計(jì)方案擁有良好的信號(hào)完整性。研發(fā)工程師為了迅速測(cè)試信號(hào)完整性，可能需要使用掩模，這種掩模圍繞著已知良好或“黃金”輸入信號(hào)設(shè)計(jì)了可以接受的容限，然后通過(guò)與用戶定義的掩模一起進(jìn)行掩模合格/不合格測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)分析。同樣，生產(chǎn)工程師將發(fā)現(xiàn)，能夠在一次測(cè)試中測(cè)試多項(xiàng)參數(shù)，可以加快生產(chǎn)線的吞吐量。用戶定義的具有可接受容限的單一掩碼可以在一次測(cè)試中測(cè)試所有參數(shù)，而不必進(jìn)行四次或五次單獨(dú)的測(cè)量，如Vmax、Vmin、時(shí)期、上升時(shí)間和下降時(shí)間。
結(jié)語(yǔ)
不論是在通信一致性測(cè)試，還是在生產(chǎn)線中，更快、更精確的測(cè)試可以保證設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)更高的置信度，最終實(shí)現(xiàn)更高的客戶滿意度。由于自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果，因此用戶可以節(jié)約成本，改善客戶滿意度，并使用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，分析性能的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。這些信息可以幫助設(shè)計(jì)人員改進(jìn)產(chǎn)品，預(yù)防設(shè)備故障。自動(dòng)測(cè)試節(jié)約了時(shí)間和成本，實(shí)現(xiàn)了更好的文檔編制能力，幫助設(shè)計(jì)人員和制造商制定、評(píng)估和維護(hù)設(shè)計(jì)方案，最終為客戶提供最優(yōu)的產(chǎn)品�！�
摘自《電子產(chǎn)品世界》
