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用混合信号示波器识别建立和保持时间违规（上）

2024-07-12 16:25:26·  来源：泰克科技  
　

引言


信号之间的时间关系对数字设计的可靠运行至关重要。对于同步设计，时钟信号相对于数据信号的时间尤为重要。


使用混合信号示波器，可以轻松确定多个逻辑输入和时钟信号之间的时间关系。建立和保持时间触发器自动确定时钟与数据时间关系。



建立时间是指在有效时钟边缘发生之前，输入数据信号保持稳定（高或低）的时间。保持时间是指在有效时钟边缘发生之后，输入数据信号保持稳定（高或低）的时间。同步器件（如触发器）的元件数据手册中规定了设置和保持时间。必须满足设置和保持时间的要求，才能确保元件能够正确可靠地工作。


混合信号示波器（MSO）由于能够捕捉信号的模拟和数字表示并以时间关联的格式显示它们，非常适合验证数字信号的信号完整性和调试数字电路。本应用指南以5系列MSO为例说明，2、4、5和6系列MSO操作方式相同。MSO2000和MSO5000系列示波器遵循相同的原理，但用户界面有所不同。它们都结合了专业级示波器的性能和逻辑分析仪的基本功能。3系列MDO、MDO3000和MDO4000系列混合域示波器也提供16通道逻辑分析仪功能。在整个应用指南中，MSO中提到的任何功能或能力也适用于MDO产品。


预告：


在本篇，将为您详细介绍混合信号示波器（MSO）的基础设置以及解释在泰克混合示波器上的混合信号显示。下期，将为您说明如何使用MSO轻松识别和测量数字设计中的设置和保持违规。


MSO设置


理解数字时间分辨率（数字采样率）


一个重要的MSO采集规格是用于捕获数字信号的时间分辨率。采样率在不同的MSO型号之间有所不同。在进行建立和保持时间测量时，了解时间测量分辨率非常重要。


数字采样率和记录长度



表1列出了集成电路的建立和保持时间规格，通常为几纳秒或更短。当使用MSO的数字逻辑输入测试它们时，必须考虑逻辑输入的时间分辨率。


图1. 使用自动测量快速验证逻辑信号幅度。


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设置数字阈值


混合信号示波器的数字通道像数字电路一样，将数字信号视为逻辑高或逻辑低。这意味着只要振铃、过冲和地弹不引起逻辑转换，这些模拟特性对 MSO 来说就不是问题。与逻辑分析仪一样，MSO 使用用户指定的阈值电压来确定信号是逻辑高还是逻辑低。


MSO的模拟通道可以快速检查数字信号的逻辑摆幅。在图1中，示波器自动测量数字信号的幅度约为 3.6V。对于具有对称电压摆幅的逻辑系列，如 CMOS，阈值为信号幅度的一半。然而，对于具有非对称电压摆幅的逻辑系列，如TTL（晶体管-晶体管逻辑），通常需要参考组件数据表并将阈值定义为逻辑器件的最大低电平输入电压（TTL VIL =0.8V）和最小高电平输入电压（TTL VIH=2.0V）之间的中点（TTL V阈值=1.4V）。


图2. 在同一个TLP058数字逻辑探头组上设置混合逻辑系列（TTL和CMOS）的阈值。


大多数Tektronix MSO提供每通道阈值设置，这对于调试具有混合逻辑系列的电路非常有用。图2显示了5系列MSO使用8通道TLP058探头测量多个逻辑信号。TTL 信号阈值设置为1.7V，3.3V CMOS信号阈值设置为1.65V，5V CMOS信号阈值设置为2.5V，从而能够可靠地同时采集各种逻辑信号。


对于3系列MDO、MSO2000和MDO3000系列，阈值是按探头组（一个8通道的组）调整的，因此TTL信号将在一个探头组上，而LVPECL信号将在第二个探头组上。


图3. 探头颜色编码与波形颜色编码相匹配，使得更容易看到哪个信号对应哪个测试点。


解读彩色编码数字波形显示


数字定时波形与模拟波形非常相似，只显示逻辑高和低电平。为了简化分析，Tektronix MDO/MSO示波器将逻辑低电平显示为蓝色，逻辑高电平显示为绿色，即使过渡不可见，也能看到逻辑值。波形标签的颜色还与探头的颜色编码相匹配，使得更容易看到哪个信号对应哪个测试点，如图3所示。


图片


图4. 在MDO/MSO系列上的定时采集示例。定义了三条并行总线，并利用器件的时钟信号对其进行解码。


数字定时波形可以组合成一个总线。一个数字信号被定义为最低有效位，其他数字信号代表二进制值的其他位，直至最高有效位。然后，示波器将总线解码为二进制或十六进制值。


图5. 模拟通道与数字通道时间对齐。

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