高速信號在提升電子設(shè)備性能的的同時，也為檢定和調(diào)試的設(shè)計工程師帶來了很多問題。在這些問題中，一類典型的例子是偶發(fā)性或間歇性的事件以及一些低占空比的信號，如激光脈沖或亞穩(wěn)定性，低占空比雷達(dá)脈沖等等。這些事件很難識別和檢定，要求測試設(shè)備同時提供高采樣率和超強(qiáng)的數(shù)據(jù)捕獲能力。這對示波器性能提出了極高的要求。在過去，要對這些信號的測試不得不在分辨率和捕獲長度之間進(jìn)行取舍：所有示波器的存儲長度都是有限的；在示波器中，采樣率×采集時間＝采集內(nèi)存，以使用示波器的所有采集內(nèi)存為例，采樣率越高，則數(shù)據(jù)采集的時間窗口越小；另一方面，若需要加長采集時間窗口，則需要以降低水平分辨率( 降低采樣率) 為代價。
當(dāng)前的高性能示波器提供了高采樣率和高帶寬，因此現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是優(yōu)化示波器捕獲的信號質(zhì)量，其中包括：怎樣以足夠高的水平分辨率捕獲多個事件，以有效地進(jìn)行分析；怎樣只存儲和顯示必要的數(shù)據(jù)，優(yōu)化存儲器的使用。
對于這兩個關(guān)鍵問題，泰克的高性能示波器采用FastFrame分段存儲技術(shù)，改善了存儲使用效率和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，消除了采集時間窗口和水平分辨率不可兼得的矛盾。
本文將分別介紹傳統(tǒng)方法和FastFrame分段存儲技術(shù)測試偶發(fā)性或間歇性的事件以及一些低占空比的信號，從而分析FastFrame分段存儲技術(shù)在實際測試帶來好處。
傳統(tǒng)測試方法
傳統(tǒng)測試低占空比脈沖等間歇性的信號，通常利用數(shù)字示波器。為了提高測試精度，通常使用示波器的最高采樣率來采集波形數(shù)據(jù)。通常在高采樣率的支持下，可以看到大部分波形細(xì)節(jié)。
但是，如果想查看多個連續(xù)脈沖，那么必須提高采集的時間窗口。要讓多個脈沖落在示波器提供的有限存儲器內(nèi)，很多時候必須通過降低采樣率來達(dá)到。顯而易見地，降低采樣率本身會降低水平分辨率，使得時間測試精度大大下降。當(dāng)然，用戶也可以擴(kuò)展示波器的存儲器的長度，在不降低采樣率的情況下提高采集時間窗口。但是，這種方法有其局限性。盡管存儲技術(shù)不斷進(jìn)步，高速采集存儲器仍是一種昂貴的資源，而且很難判斷多少存儲容量才足夠。即使擁有被認(rèn)為很長的存儲器長度，但可能仍不能捕獲最后的、可能是最關(guān)鍵的事件。
在長記錄長度時以高分辨率捕獲的多個脈沖�？梢钥闯觯瑫r間窗口擴(kuò)展了10倍，可以捕獲更多的間歇性脈沖。其實現(xiàn)方式：通常是提高采集數(shù)據(jù)的時間長度，并提高記錄長度，同時保持采樣率不變。這種采集方法帶來了以下這些缺點：
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更大的采集數(shù)據(jù)提高了存儲器和硬盤的存儲要求。
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更大的采集數(shù)據(jù)影響著I/O傳送速率。
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更高的記錄長度提高了用戶承擔(dān)的成本。
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.由于示波器要處理更多的信息，因此前后兩次采集之間的不活動時間或“死區(qū)時間”提高了，導(dǎo)致更新速率下降。
考慮到這些矛盾，必須不斷地在高采樣率與每條通道提供的存儲長度中間做出平衡，并且還是很難達(dá)到測試更多個脈沖的需求。
利用FastFrame測試方法
FastFrame分段存儲的原理
為解決上述的問題，業(yè)內(nèi)運(yùn)用了許多技術(shù)。一種流行的方法是分段存儲方案。采用這種存儲技術(shù)的儀器，如泰克采用FastFrame分段存儲技術(shù)的示波器，允許把現(xiàn)有的存儲器分成一系列段，然后每一次觸發(fā)后采集的數(shù)據(jù)只填充其中一段，每次采集都可使用所需的采樣率。通過根據(jù)測試要求定義觸發(fā)條件，可以只捕獲感興趣的波形段，然后將捕獲的每個事件存儲在擁有各自編號的存儲段中。采集完成以后，用戶可以按捕獲順序單獨(dú)查看各個存儲段的波形或幀數(shù)據(jù)，或分層顯示多個存儲段波形或幀數(shù)據(jù)，以方便對測試結(jié)果進(jìn)行比對；同時FastFrame技術(shù)還可以忽略不想要的波形段，從而把重點放在感興趣的信號上。
示波器利用FastFrame分段存儲技術(shù)采集中同樣的信號，通過利用FastFrame技術(shù)，可以一樣以同樣小的記錄長度和同樣高的采樣率捕獲最多脈沖波形數(shù)目，分段存儲內(nèi)容重疊在一起，這樣所有脈沖在屏幕上相互堆疊起來，并可以觀測所有波形的變化情況。
FastFrame分段存儲的優(yōu)勢和特點
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示波器利用FastFrame分段存儲技術(shù)的優(yōu)勢如下：
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高波形捕獲速率提高了捕獲偶發(fā)事件的能力。
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使用高采樣率，保留了波形細(xì)節(jié)。
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如果脈沖重復(fù)速度小于示波器的最高觸發(fā)速率，則捕獲的脈沖之間沒有漏失脈沖，保證有效利用記錄長度存儲器。
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可以迅速地以可視方式比較波形段，確定重疊的波形中是否會異常變化。
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FastFrame技術(shù)可以獲取采集幀的時間相關(guān)信息
當(dāng)打開示波器的FastFrame，F(xiàn)astFrame分段存儲技術(shù)依照所選定的幀數(shù)和每幀點數(shù)(幀長度) 自動計算和選擇所需的記錄長度。根據(jù)提供的示波器存儲器，它計算幀數(shù)和幀長度之積，選擇最近的記錄長度，確定適合存儲器的可支持幀數(shù)。
當(dāng)需要查看感興趣的波形時，可以單獨(dú)查看每個幀，在確定特定的感興趣的幀后，可以使用儀器功能詳細(xì)檢定、測量、放大和分析波形。為迅速查看捕獲的波形共性以外的異常事件，可以把多個幀重疊起來，顯示公共波形和偏離波形。FastFrame分段存儲技術(shù)中的“View Multiple Frames”選項使用顏色突出顯示各個點相互重疊的頻次。如在色溫顯示下，暖色的點表示發(fā)生頻次高，冷色的點表示發(fā)生頻次低。
除了每幀波形表示的部分情況以外。每幀的采集時間中也是十分重要的信息。每個觸發(fā)點都有定時信息，通過分析每幀采集時間相關(guān)的信息，可以確定每個事件發(fā)生的絕對時間以及事件之間的相對時間，可以看出，F(xiàn)astFrame技術(shù)不但可以得到每一幀的相對時間，而且可以得到每一幀的絕對時間。
應(yīng)用實例分析
低占空比脈沖信號測試和分析
對于脈沖波形的測試，特別是一些低占空比的脈沖波形，如激光器應(yīng)用中的脈沖波形，雷達(dá)脈沖等。在這些環(huán)境中，波形是由大部分時間都相同的脈沖組成的序列，但可能會偶爾突然出現(xiàn)不規(guī)則的脈沖，甚至這些脈沖的幅度會按某種趨勢發(fā)生變化；此外，這些脈沖的時間間隔很長，示波器用傳統(tǒng)的方法連續(xù)采集時即使占用大量存儲空間還是無法采集到所需要的脈沖個數(shù)。對這些情況，利用示波器的FastFrame分段存儲技術(shù)采集此類信號，捕獲相應(yīng)足夠數(shù)量的脈沖完成分析，利用有限的存儲器，仍能以很高的水平分辨率捕獲每個脈沖，并可以從疊顯示。
下面以低占空比脈沖為例，脈沖的寬度為12ns, 脈沖間隔為20.1s，每個脈沖的幅度不一樣。測試需求：捕獲1000個該脈沖序列，觀測該脈沖序列的幅度變化曲線，并且獲取脈沖序列的時間間隔以及每個脈沖的絕對時間。是利用傳統(tǒng)的方法捕獲的波形，可以看出，捕獲10個脈沖已經(jīng)需要10M存儲器，捕獲1000個脈沖需要1G的存儲器，十分昂貴；如果考慮到很多應(yīng)用需要捕獲更多的脈沖序列，則傳統(tǒng)的方法難以滿足這樣時間窗口很長的脈沖波形的測試和分析；另外，傳統(tǒng)的方法無法精確得到脈沖的時間間隔以及每個脈沖到來的絕對時間。
圖7是利用示波器的FastFrame技術(shù)對該波形進(jìn)行測試和分析，可以看出，F(xiàn)astFrame技術(shù)可以根據(jù)測試需求設(shè)置所捕獲的幀數(shù)(即波形個數(shù))，可以把所有脈沖序列波形重疊顯示，還可以把所有幀的重疊畫面會通過顏色編碼顯示每個位置發(fā)生頻次，從而實現(xiàn)可以比較波形的變化和異常的能力。此例中，脈沖序列的幅度包含了5種不同的幅度的脈沖波形。通過FastFrame技術(shù)可以得到脈沖間的時間間隔，可以看出，第88個脈沖到第89個脈沖之間的時間間隔為20.100763s，并可以保存每個脈沖來到的絕對時刻；加上Matlab軟件連接，可以得到1000個脈沖波形按時間順序顯示出來，即得到脈沖幅度最時間的變化曲線，并得到脈沖觸發(fā)時刻的絕對時間。
查找信號中的異常事件
由于數(shù)字信號的速度不斷提高，設(shè)計和調(diào)試復(fù)雜系統(tǒng)正面臨著更大的挑戰(zhàn)。干擾數(shù)字電路的細(xì)小異常事件變得更加常見，查找和隔離起來比以前更加困難。圖11是利用泰克的DPO示波器發(fā)現(xiàn)了時鐘信號中有異常的欠幅信號，但不知該異常表現(xiàn)出現(xiàn)的間隔和具體時間。
通過利用示波器的FastFrame分段存儲技術(shù)，設(shè)置Runt(欠幅脈沖)觸發(fā)，同時保持高采樣率，捕獲了100個信號異常信號，然后可以滾動查看各個異常信號幀，可以迅速地一目了然地查看波形內(nèi)部頻繁出現(xiàn)的異常事件，見圖12。測試人員可以查看每一個異常信號，得到每個異常信號出現(xiàn)的時刻和異常信號之間的時間間隔。從圖12中得到了第19個異�，F(xiàn)象到第20個異常的時間間隔為3.876秒(還可以得到其它編號的任意異常信號之間的時間)，從而幫助了進(jìn)一步定位和分析故障信號出現(xiàn)的原因。
