调试嵌入式系统的理想混合信号示波器DLM2000系列™
1. 摘要
从数字家电到汽车，通过处理器和软件来实现完美功能的嵌入式系统正被广泛应用于各行各业。即使从系统输入或输出的信号是通过传感器或语音转换器等的模拟信号，处理器处理的是经A/D转换的数字信号。为调试此类系统，越来越多的行业需要解析数字信号并确认相关动作。
为满足这种需求，横河公司开发了DLM2000系列混合信号示波器，它紧凑、轻便、外形美观——293mm(高) ×226mm(宽) × 193mm(深)、4.5kg，（如图1），同时还继承了以往DL1000系列的外观。DLM2000系列标配8-bit逻辑输入，具备先进的波形显示性能与波形分析功能。
产品名称DLM2000表示在客户熟悉的DL系列基础上增加了混合模拟/数字系统分析(混合信号示波器)，即“M”代表的意义。
图 1 DLM2000
2. 概述
DLM2000系列数字示波器的基本特点有：频率带宽最高达500MHz、最大采样率达2.5GS/s、存储深度最高达125Mpts。
DLM2000的特有功能之一是，可以将模拟输入通道中的一个通道(CH4)切换为8-bit逻辑输入并显示信号。因此，该系列既可用于传统的4通道模拟输入，也可用作混合信号示波器(由3个模拟通道和1个8-bit逻辑输入通道组成)；4个模拟通道和8-bit逻辑输入的组合可以作为触发源使用。
在开发此系列产品的同时，横河公司也开发了ScopeCORETM引擎(如图2)。此引擎集以下功能于一身：1)信号处理(可以从A/D转换数据生成显示数据，运算各种波形和参数，执行其他功能)；2)触发检测。因此，DLM与以往型号相比，体积减少了25%，功耗降低了15%。
ScopeCORETM引擎基于专用架构对信号进行处理，它提供了高波形采集速率、改进的数据处理能力和波形显示性能。这使DLM2000混合信号示波器拥有显示灰度级，就象一台便携式模拟示波器。
图 2 ScopeCORETM芯片
3. 特有功能
标准配备逻辑输入的混合信号示波器
对于数字家电或汽车控制等行业的嵌入式系统，“数字控制+模拟波形观测”的要求越来越多。现有4通道模拟示波器的测量通道太少，难以处理某些工程的需要。例如，连接内部设备控制至SPI总线(3线或4线)并观测电机驱动的模拟信号；或观测汽车引擎控制单元(ECU)中数字控制信号和内部模拟信号之间的时序。
DLM2000系列标准配备了8-bit逻辑输入，可以全力支持模拟/数字混合系统。
通过ScopeCORETM引擎，模拟与逻辑输入的切换在数据采集部分进行。由于获得的逻辑数据保存在模拟通道4的区域内，数据的流动与模拟数据没有区别(但是会对逻辑数据的显示进行专门的处理)，因此，即使打开逻辑显示也可以保持高波形采集速率，确保不错过罕见事件(如图3)。
同样，逻辑波形的演示也与模拟波形的显示（叠加显示）没有区别，因此，可以直观地观察到模拟信号和逻辑信号之间的时序关系。
图4描述了如何生成逻辑显示数据。硬件部分是专为复合显示设计的：通过检测每比特的H/L产生上限/下限数据，并采用与模拟信号一样的方式在垂直线区域进行差值。
图3 逻辑输入时的累积波形
图4
由于所有模拟和逻辑输入都被连接到触发电路，无论如何切换模拟/逻辑显示，所有触发组合都可以实现。在组合触发中，所有通道(包括逻辑)和比特之间的触发延迟均小于2ns。 图5是ScopeCORETMTM引擎的结构图。
图5
另外，通过逻辑功能使用新开发的逻辑探头(701989) *可以设置每比特的阈值。这样，就可以在逻辑输入中观测有着不同电平的I2C和SPI总线接口。
*逻辑探头(701989)另售。
亮度等级和历史功能
对系统设计进行调试时，确认罕见现象并在很短的时间内弄清电路的运行条件是非常重要的。为了增加捕捉罕见现象的机会，对工程师来说最重要的就是提高数据处理性能，如增加每秒的采样数量，在大量的采样数据中基于尽可能多的信息生成图像。
通过历史存储功能，DLM2000系列拥有了更快的波形采集速率。历史存储功能是保证横河产品在竞争中脱颖而出的特有功能，此功能可以追溯分析过去采集到的波形。
通过ScopeCORETM引擎，波形采集并不与显示周期(60Hz)同步。在原始数据处理部分，波形数据将被采集n次，然后保存至历史存储器中，这都不与显示周期同步。产生显示数据的部分通过提取历史数据的n屏像素并累积所有重叠采样点生成数据。累积的频率信息将被转换成亮度，并发送到显示内存中。图6显示了发送显示数据信息的同时数据采集的执行过程。
图6
通过重复这些处理过程，波形采集速率可以高达20000屏/秒，并可以用不同的亮度等级进行显示(如图7)。
以下表格体现了存储长度和最大波形采集速率之间的关系。
存储长度为1.25Kpts时，可以累积20000屏的历史数据，同时波形可以被识别，此功能非常强大，因为之后可以对数据进行分析，。
图 7 亮度等级显示
此外，历史功能的时间标记信息也得到了加强。以前，保留在历史内存中的采集波形的时间标记精度是10ms。这就意味着对于以N单次序列采集到的那些波形来说，历史内存中很多屏的时间标记都是相同的。而现在，可以50ns的分辨率显示时间标记，此分辨率与采样率成正比(如图8)。
图8 历史时间标记屏幕
提高历史功能的时间标记精度后，时间标记可用于观测与发动机RPM(每分钟转数)相关的点火脉冲波形。将点火脉冲设为触发条件并累积历史波形，可以推算出发动机的RPM—触发间隔(历史时间标记间隔)短表示RPM高；触发间隔长表示RPM低。
支持长存储
为了让系统总线速度更快，观测电源波动并执行嵌入式系统的其他任务时，工程师们需要在保持高采样率的情况下长时间观测波形。工程师们越来越多地需要在高速采样下连续、长时间采集波形，以评估通信波形的质量(噪声、转换时间等)，比如汽车电子产品，因为此时需要确认快速的变化以及无法预测的现象。
横河DLM2000系列的连续采集存储长度已经达到12.5Mpts。这就意味着DLM2000可以在时间长度为5秒的波形采集中，以2.5MS/s的采样率( 5倍于比特率)观测500Kbps的CAN(汽车局域网)信号波形(如图9)。
图9 12.5Mpts的CAN波形(5秒内)和缩放窗口
此外，采集时间范围可达500s/div，可以采集长达5000秒的波形，以观测象电源电压这样的长期变化的信号。
在单次采集模式下，最大存储深度是125 Mpts。观测信号运行的细节时，必须以与信号变化相对应的采样率对波形进行采样。按照公式“采样率=存储长度/波形采集时间”，设置相同的波形采集时间后，更长的存储深度可以较高的采样率观测波形。
通过ScopeCORETM引擎，可以畅通无阻地分析长存储数据。单凭主要波形的某些特性很难从大量的数据中得到所需的信息。DLM配备了搜索引擎，它可以设置与触发相类似的条件从采集波形中搜索到想要的数据。
在缩放区域内可以缩放检测到的数据，缩放因子可以设为比T/div更高的分辨率，这样就可以在高分辨率下查看感兴趣的波形。
4.总结
DLM2000系列是一款中端(500MHz频率带宽、最大采样率达2.5GS/s)的混合信号示波器。此系列标准配备了8-bit逻辑输入，无论是否打开逻辑显示，都具有更快的波形采集速率和数据处理能力。此系列还可以直观地显示各种现象——以亮度对应重叠的采样点，这些采样点被转换成色彩并在XGA分辨率的广视角LCD上显示出来。
DLM2000系列混合信号示波器以其轻便小巧的外形和超强的波形处理能力，可充分提高工作效率，尤其在调试数字控制的嵌入式系统时更显卓越。
DLMTM [正在申请商标]
ScopeCORETM [正在申请商标]
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