要了解示波器的分段存储功能,我们先来看看这个功能解决了什么问题,存在的价值是什么。

首先我们要明确一点,数字示波器通过ADC模数转换器将模拟信号转换成了数字信号,只能努力去还原信号本来的样子,要想达到100%还原是不可能的,那么这个还原就肯定会存在误差,误差小的时候我们能接受,有时候误差大了可能信号基本的样子都变了,那自然不是我们想要的结果。

示波器作为一个系统,影响其测量精度的因素有很多种,其中比较重要的因素就是示波器的带宽和采样率,而示波器的采样率 = 存储深度 ÷ 波形记录时长,采样率的上限和存储深度是固定的,我们记录波形的时长如果超过一定程度,由于存储深度的限制,采样率就必然相应的也要降低。采样率下降就有可能导致信号失真。

比如下图是一个I2C总线信号,图左边时基是20us,图右边时基是20s。可以看到图左边是正常的脉冲信号,此时的采样率是1G Sa/s。图右边由于波形记录时长增加,采样率下降到了500K Sa/s。

我们将图右边的波形暂停后展开,可以看到由于采样率不足,信号已经严重失真了。

那么有没有办法来解决或者缓解这种情况呢?

我们将示波器的时基打到10ms,可以看到我们采集到的I2C总线信号有很大一部分时间采集的其实都是无用信息。我们真正需要看的信号只是整个周期的一小段。并且无用信息和有用信息之间的周期都是大致一致的。那么我们是不是可以让示波器只记录有用信息的那一段,无用信息的那段就不记录,这样不就可以节省大量的存储深度,从而缓解甚至解决之前出现的那种问题了吗?

而这个功能,其实就是我们今天要讲的分段存储。分段存储其实就是让示波器只记录我们想要的片段,从而可以更高效地利用示波器的存储深度且保证波形细节。在足够的采样率下捕获多个波形事件,以便进行有效的分析。分段存储还可以帮助测试者捕获偶发信号和更优化地保存和显示所需的数据。

我们来看看如何设置分段存储以记录上图中I2C总线信号的有用片段,以及如何用分段存储来捕获偶发信号和更优化地保存所需的数据。

首先,我们调整示波器的时基,设置好触发方式,使得有用信息部分占满整个示波器屏幕,如下图所示,可见此时的采样率为1GSa/s

接着,我们打开示波器将记录长度设为合适值,然后打开分段存储设置,设置要存储的段数,比如下图设置成了86段,代表示波器会记录86段上图那样的有用信息。点击开启分段存储。

最后,点击Run/Stop,示波器开始分段记录每次的有用信息。采集完86段后示波器会停止采集,我们可以选择查看每段信号以及展开查看每段信号的细节,如下图展开观察了第68段。

另外,分段存储还可以用于捕获异常信号。不同于单次触发只能捕捉一次,分段存储可以根据调节的存储深度捕获至多上万次。比如我们要捕获30个异常脉冲,首先我们把示波器的触发模式改为正常,调节好触发方式(类似单次触发的操作),当异常信号没有到来的时候示波器处于等待状态,可以看到采集到的信号个数是0/30

当异常信号脉冲到来的时候,示波器会触发成功并记录一次波形,直到30个这样的脉冲记录完后示波器就会停止记录。我们可以单独查看这30个脉冲信号,也可以设置将第几段到第几段拟合,也就是将捕获的信号算法重叠,便于快速找到记录信号中的异常。