MSO大比拼
mass_lynnxy2009/04/24仪器仪表 IP:四川
MSO大比拼(概述篇)

Mixed-signal oscilloscopes,混合信号示波器这个称呼沿袭了原HP(今Agilent)在1996年推出54645D时的说法,当时混合信号mcu正在兴起,HP正是看好这个机会才推出了混合示波器,当时HP的宣传是,首先它是一台示波器,其次还能添加逻辑分析功能。下面是54645D基本性能:
Dual-channel 100-MHz scope with 200 MSa/s
1 MB of memory per scope channel
16 logic timing channels with 400 MSa/s on 8 channels (2 MB memory/ch)
200 MSa/s on 16 Channels (1 MB memory/ch)
Ideal for debugging 8- or 16-bit microcontroller systems
MEGA-Zoom technology for easy-to-use responsive deed memory
Simple easy-to-use controls
Powerful triggering
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可是在之后的10年时间内只有Agilent一家在推MSO,别的示波器厂家似乎无动于衷,就是Agilent自己也只是从Mega-Zoom1进化到Mega-Zoom 2。直到2006年Tektronix推出MSO4000,经过铺天盖地的宣传,MSO才逐渐得到了重视,所有厂家的热情似乎也被点燃。大家争相推出新的型号,完整的低速串行协议的触发和解码功能也被引进,逻辑分析的功能得到了大大的加强。
目前除了传统的示波器4强,一些新兴的厂商也推出了MSO,比如国内的rigol,Owon,德国的Hameg,更有厂商推出了基于PC的MSO。这里将市场上主流的MSO列举出来,做个比较,以便大家在选购,使用的时候参考。
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1 Agilent MSO6000
2 Agilent MSO7000
3 Agilent Infiniium8000
4 Tektronix MSO2000
5 Tektronix MSO4000
6 Yokogawa DLM2000
7 Yokogawa DL9000 MSO
8 LeCroy WaveSurfer MXs
9 LeCroy WaveRunner MXi
10 Hameg HMO3524
模拟通道
带宽,采样率,存储深度是示波器的3个最基本,最重要的指标。在这方面各家都做足了功夫。Aglent有MSO6000/7000/8000,带宽从100MHz到1GH,采样率最高达4Gsps(半通道),存储深度从0.132Mpts到128Mpts。Tektronix则是MSO2000/4000,带宽也从100MHz到1GHz。MSO2000的采样率是本次对比中最低的只有1Gsps,MSO4000作为Tektronix的主力产品,则好上很多,最高达5Gsps(半通道)。MSO2000的存储深度也是最低的只有1Mpts,而MSO4000则提供10Mpts。Yokogawa方面,原先只有DL9000提供MSO型号,现在则多了一个DLM2000,看得出Yokogawa非常用心,无论是哪种型号都提供了非常高的性能,且做出了很多创新。值得一提的是DLM2000提供了在本次对比中最深的存储。LeCroy其实有3款均提供MSO选项,分别是WaveSurfer,WaveRunner,WavePro 7Zi,LeCroy也是唯一一个在带宽超过1GHz的高端示波器上提供MSO选项的厂家,但WavePro 7Zi则不参与本次对比。
由于几乎所有的MSO都提供了比较深的存储,所以对长存储信号的检索和分析则成为必要,在这方面大家也是各显身手。Agilent采用了自1996年发明的MegaZoom技术,目前是第三代。 MegaZoom 3可以在XGA,256级亮度的显示下,以最高采样率提供高达8M的实时存储深度,并提供100k wfms/s的波形更新率,这个更新率也是本次对比中的最高实时指标。藉此可以捕获长信号中的偶发事件,并将疑问信号部分迅速放大以便查看更多细节,但并没有提供专门的搜索功能。Tektronix对于深存储提供专门的检索功能Wave Inspector,可以非常方便的设定检索条件对信号进行检索。同样的Yokogawa也提供专门的检索功能,并在前面板配置了快捷按钮Zoom,而且还推出了特有的基于深存储的历史搜索和回放功能,并在前面板提供了该功能键。LeCroy则是提供了WaveScan和前面板的快捷按钮。
实时波形更新率
波形更新率直观反应了示波器的死区时间,也在一定程度上表征了示波器的采样效率。如果是实时波形更新率,即在采集的同时进行测量和分析,则反应了示波器的工作效率。在实时波形更新率方面Agilent是非常领先的。下面的测试数据和图表均来自AgilentMSO6000/7000的datasheet。
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这里值得注意的是分清最大波形更新率和实时更新率的区别,从以上的图表中可以看出实时的波形更新率和最大更新率在不同时基和存储下是有很大区别的。另外值得注意的是有些厂家给出的最大波形更新率是在分段(顺序)触发下给出来的。比如yokogawa就标称DLM2000的波形更新率达450k wfms/s,而DL9000更是高达2.5M wfms/s,而在连续触发模式下对应的更新率分别是20k wfrms/s和25k wfms/s。LeCroy则是给出了WaveRunner在分段模式下的最大触发速率1.25M wfms/s,连续模式下的更新率不过8k wfms/s。
事实上,波形更新率除了在一定程度上表征示波器的工作效率外,对于捕获偶发干扰和毛刺意义并没有厂商宣传的那么大。甚至没有对于捕获后的长信号进行搜索,或者分段触发更有效率。因为对于捕获偶发事件高的波形更新率显得必要的前提是,波形更新率要比偶发信号出现的几率要高。对于那些出现几率较低的信号,用高的波形更新率特性去捕获,效率远不如使用分段触发或者利用深存储长时间捕获后再进行搜索,利用长存储捕获时可能没有实时触发,但却已经捕获。
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采用高波形刷新率捕获的罕有亚稳态
逻辑通道
虽然数字通道的垂直分辨率只有1bit,可其它指标仍然跟模拟通道一样重要。在采样率这个指标上,只有yokogawa的数字通道提供了和模拟通道一样的性能,半通道模式下5Gsps/ch,全通道模式下2.5Gsps。在带宽方面则是LeCroy提供了最高的指标500MHz。存储深度方面的记录也有LeCroy保持50M pts。此外Tektronix将自家逻辑分析仪上的技术MagniVu也用于MSO4000,从而取得了16.5Gsps的采样率,但在MagniVu模式下存储深度则只有10k pts。
输入阈值则是Tektronix的MSO2000的+/-20V和Yokogawa的+/-40V领先。各信号均提供标准数字电平和用户自定义电平,只是各家所支持的标准数字信号标准有所不同。对于安捷伦、横河和力科的MSO,每个逻辑探头只能选择一个门限值;泰克的产品支持按通道选择门限或编程。
尽管数字通道的垂直分辨率只有1bit,数字电平对噪声容限也宽容的多,负载效应也没有模拟通道明显,所以大多数厂商都提供了100kΩ//8pF的典型输入阻抗,但Tektronix的MSO4000就提供了20kΩ//3pF,而yokogawa的DL9000则提供了10kΩ//9pF和1MΩ//10pF两个选项。在通道数方面一般认为16个通道就能满足大部分总线需求,可LeCroy依然提供了最多36通道的选项,Yokogawa则提供了最多32通道的选项。
但是通道间的偏斜这个指标仍有很多厂商没有给出,一般典型的2~3nS指标基本上必须满足,否则再大的话可能达到最大输入信号250MHz,周期4nS的容限,那样的话可能会引起时序上的错误。
触发系统
触发功能能将用户感兴趣的信号同步或隔离显示在显示屏上。如今的混合示波器除了支持示波器传统的触发功能以外,大都加入了对串行总线和逻辑触发的能力,而且不光是数字通道,模拟通道也一样支持这些新兴的触发功能。
但除了传统的触发功能均由硬件实现以外,串行总线的触发功能则分为硬件和软件两种。据悉Agilent和Yokogawa的串行总线触发和解码均采用硬件实现,尤其是Agilent为了获得100k wfms/s的更新率更是采用了硬件加速功能。基于软件实现的触发和解码则严重依赖于示波器的运算能力,会影响到波形更新率这个指标。然而这是否严重影响到了使用,需要实际测试。
在谈到串行总线解码/触发时,不要忘了用户并不希望使用特定的数字通道功能,即使是现成的。例如,大多数MSO能够对来自于数字通道的串行总线信号进行解码。但是,信号通道仅显示与信号源的单端连接。有些串行总线,例如CAN总线,需要进行差分测量,所以需要使用合适的差分探头连接到一个模拟通道来直接测量总线。
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具有数字和模拟通道、串行总线解码和折叠总线功能的混合信号屏幕
寻求平衡
厂家一致认为MSO并不是一种逻辑分析仪。例如,泰克公司的资深市场经理Chris Loberg表示:“当今的逻辑分析仪能够采集100个以上的通道,从而应对独特的设计挑战,但是可能需要几个小时的时间进行设置。对于MSO来说,重要的是必须认识到,对于大多数工程师来说,它是一款可快速用于重要而简单的设计验证任务的仪器。”
显而易见,100个通道确实是太多了,但是用户真正需要多少路数字通道呢?安捷伦公司依然提供16路通道,和第一款MSO上的通道数相同;泰克提供16路通道;尽管力科公司的MS-500-36选件是一款36路通道的型号,但其主流提供18路通道;横河则标配32路通道。
数字通道可被分组为总线进行显示和触发。一个非常方便的功能是能够将一路指定的通道分到多个组中。这样用户就能够将多路通道的时序与一路共用信号进行比对。
将几路相关联的通道作为一路折叠总线进行观察,大大简化了多个并发轨迹的显示,并且不丢失信息。横河公司在一组数字通道上提供了一种非常有用的计算DAC功能,可产生一个多电平波形,它表示连续的数字总线值。泰克则提供多通道设置,并支持并行总线的验证。
串行总线解码和触发是首先被应用于MSO所基于的DSO上的重要功能。在全部4个厂家的基本DSO和衍生出的MSO上均可利用一个或多个模拟通道来实现这一目的。能够处理的总线类型包括I2C、CAN、SPI、UART、RS-232、FlexRay和LIN。并不是所有的厂家都能提供所有类型的总线,并且不同厂家提供的单个选件中所包括的总线类型也是不同的。
和安捷伦公司的MSO一样,力科的MS系列MSO也能够对数字通道执行所有的串行总线解码和触发功能。横河很快将提供对I2C和SPI总线的解码和触发功能。泰克的MSO和DSO在这点上没有区别。20或更多路通道可作为状态和模式触发进行触发。例如,根据安捷伦公司Infiniium 8000系列的产品说明:“对于可被用于进行特定模式或状态触发设置的模拟和数字通道的组合没有任何限制。”
然而,全部4个厂家的产品说明的共同点是缺少关于数字和模拟通道之间的相互影响的详细说明。清晰的说明有助于确定什么可以做,什么不可以做,就像安捷伦的说明一样。
指标
尽管所有的MSO都提供了关于数字和模拟通道之间定时关系的宝贵信息,但是用户需要考虑的操作限制很少。MSO也就是增加了更多数字通道的示波器:集成增加的更多通道彻底改变了一切。
理想情况是,一台MSO提供至少20路尽量一致的通道。模拟通道需要一个具有高阻抗的灵敏前置放大器,以及一个快速的高分辨率ADC;数字通道必须具有足够的带宽和一个高速比较器。目的是创建一种架构,使ADC和比较器之后的数据信号能够得到相当的处理。唯一的不同点是数字输入的分辨率为1 bit,而模拟通道的分辨率为n bit。
在当今的MSO中,数字输入和模拟输入具有不同的特性。最大允许电压范围从泰克产品的 ±15 V,到安捷伦产品的 ±40V 峰值,CAT I。CAT I 安全等级表示瞬态过压能力,在横河的 ±40V额定值中不具备这种能力。力科MS-500的最大额定等级为 ±30 V。
输入阻抗通常也与模拟通道的1 MΩ不同。泰克的技术指标为20 kΩ,安捷伦为100 kΩ//8 pF,力科为100 kΩ//5 pF。横河提供了具有1 MΩ//10 pF阻抗的100 MHz带宽701980型探头。 250 MHz的701981型探头的技术指标为10 kΩ//9 pF。
带宽也各有不同。安捷伦和泰克技术指标规定能够捕获的最小宽度脉冲分别为:泰克为1.5 ns,安捷伦Infiniium 8000系列为2.5 ns。这种宽度分别对应大约330 MHz和200 MHz带宽。
力科提供三款MS系列型号。MS-500有18路通道和500 MHz带宽,最大采样率为2 GS/s;MS-500-36的带宽也是500 MHz,但是最大采样率为1 GS/s,并且当使用两个18通道的探头时,存储器深度缩小为一半;第三款型号为MS-250,其带宽为250 MHz,最大采样率为1 GS/s,每通道仅有10 M点的存储器深度,而MS-500和MS-500-36型的存储器深度为50 M点。
有各种标准的逻辑种类门限可供选择,用户还可根据需要编程自定义的门限值。对于安捷伦、横河和力科的MSO,每个逻辑探头只能选择一个门限值;泰克的产品支持按通道选择门限或编程。
除了这些细节的硬件区别外,所有的MSO架构在模拟和增加的数字通道之间都存在隔离缝。下图所示的简化结构图能够说明一台MSO的不同部件,但是并未能说明其相互影响的详细信息。致于用户能够注意到隔离缝的程度,以及它引起的问题,则取决于特定的MSO型号和使用方式。有许多技术因素均值得商酌,但此处着重介绍更加基础的几项。
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MSO的结构简图
混合采样率
例如,一台MSO如何处理混合采样率呢?如果用户同时显示模拟通道和数字通道信号,当将模拟采样率增大至超过最大数字采样率时,会发生什么现象?这是泰克、安捷伦 Infiniium和力科的MSO共有的问题。横河DL9710L的模拟和数字通道维持相同的最大采样率,以及所有的通道共用一个6.25 MW深度的存储器。
MSO的模拟和数字通道总是采集相同的时间。对于实现例如一致缩放这样的操作,一种方式就是采用横河的方法,只需数字通道和模拟通道采用相同的存储长度、相同的采样率。如果采样率不同,则可以选择另一种方式,但是仍然采用相同长度的存储器。
安捷伦的Infiniium 8000系列MSO的数字通道采样率最大为1 GS/s,模拟通道为2 GS/s或4 GS/s。6000系列MSO对一个逻辑探头的8个通道采样时为2 GS/s,当多于8个通道是为1 GS/s。6000系列的模拟和数字通道共享存储器,但是Infiniium 8000并非如此。对于这两个系列的示波器,数字和模拟通道捕获信号的时间量是相等的,并且模拟和数字存储器长度之间的关系是根据需要自动调整的。
在泰克MSO4000系列中,数字通道的采样率最大为500 MS/s。MSO4104的模拟通道采样率最大为5 GS/s。对于所有通道类型,最大存储器长度均为10 MW/通道。
然而,如果同时采集模拟通道,并非所有的数字存储器长度均可被用于高时基设置。当模拟通道的采样率为5 GS/s时,填满10 MW的存储器需要2秒的时间,在其期间,当数字通道采样率为500 MS/s时,仅能捕获1 MW的数字数据。
力科的MS-500逻辑探头输入采样率为最大2 GS/s。WaveSurfer Xs和WaveRunner Xi均可选用MS-500选件,其模拟通道采样率分别高达5 GS/s或10 GS/s。
假如同时显示采样率为 5GS/s的模拟通道和 500 MHz的数字通道,将会观察到什么?回答这一问题需要稍微跑题一下。4个厂家的MSO组合在采样率、采集存储器长度和水平放大方面都存在变化,以达到高达200 ps/div的复合最大时基速率。
200 ps/div的时基设置在5 GS/s速率下仅相对应1采样/格。波形的其它99%都是采用内插获得的。采用XGA显示屏的新DSO通常在最高的时基设置下可显示100点/格。基于100 点/格,采样率为5 GS/s的MSO的最快未扩展时基速率为20 ns/div。
这一时基对应一次1,000个点的捕获,对安捷伦产品来说为8000点,因为其最大采样率为4 GS/s。捕获时间越长,所需的时间也越长,自然就会影响限制波形的刷新率。当捕获的数据被压缩显示时,时基必须进行相应的缩放。例如,为了显示采样率为 5 GS/s的全部1 M个点,就需要20 μs/div的时基设置。这种情况下的波形刷新率从来不会超过5,000/s。
所以,在最大20 ns/div的时基设置下,泰克的MSO4104数字通道将显示10个采样点/格;安捷伦的Infiniium在1 GS/s的采样率下显示20个数据点;力科的数字通道以及安捷伦6000系列的数字通道在20 GS/s的采样率下显示40个数据点,横河示波器在2.5 GS/s采样率下显示50个数据点。此时以及在更快的时基设置下,可以采取一些手段,例如内插或重复采样值,将真实的采样点连接起来。
通道之间的偏移和隔离度
所有的现代DSO,包括主要厂家的MSO,都能够对模拟通道进行去偏移。通过调用与探头或通道相关的数值,或者手动输入定时校正值,就能够将全部4个输入通道和探头之间的传输延迟差调零。相反,有些MSO并不支持数字通道的去偏移。
力科公司现场应用工程师Mike Hertz介绍说:“数字通道和模拟通道均能以0.5 ps的分辨率进行去偏移控制。每个模拟通道的通道菜单中都提供了本身的去偏移控制。例如,用户可将通道1的去偏移控制设置为相对数字通道 +2.4 ns,将通道3设置为-1.5 ps,将通道4设置为 +100.5 ps。”
“数字通道已经是相匹配的,无需相对于彼此进行去偏移。与采集同步沿时的定时分辨率相比,这些匹配通道之间的偏移变化可忽略不计。”他解释说。
横河公司测试和测量部门的产品经理Joseph Ting介绍:“在DL9710L中,逻辑通道之间的偏移可忽略不计。然而模拟和逻辑通道之间的偏移一般大约为2、3 ns。所以,DL9710L提供了一种偏移调整功能,能够以10 ps的分辨率进行高达80 ns的去偏移,从而将模拟和逻辑通道同步。”
泰克的技术指标说明,在工厂校准过程中已经将通道的去偏移调整为了非常严格的容差,数字通道的偏移典型值为1 ns。这一程序可确保数字通道与采集和触发系统同步。
相比而言,安捷伦说明数字通道之间的偏移典型值为2 ns,最大为3ns。用户能够调整模拟通道之间的偏移,以及模拟通道和数字通道之间的偏移,但是不能调整数字通道本身的偏移。
由于通道和通道之间的偏移要直接加到(或从中减去)数字信号中实际存在的定时关系中,所以非常重要。例如,如果用户需要了解100 MHz逻辑电路的竞态条件,基本的时钟频率以及从其产生的所有信号都相对较慢。
然而,竞态是由于传输延迟差引起的,并且在100 MHz系统中可轻松达到1 ns或更小。如果探测被影响信号的数字通道探头本身的偏移有1 ns或更高,则没有办法能够解决竞态条件。这是一项基本的限制。更加可行的方法是使用一对时序严格一致的模拟通道进行进一步的调查。
通道隔离度和串扰指标对于数字通道和模拟通道一样重要。对于模拟通道来说,这个指标体现在通道隔离度,体现了通道间的互不影响程度。在这一指标上Agilent MSO6000/7000给出了明确的指标:在全带宽范围内>40dB,这一指标也是本次对比中最高的。需要注意的是一般带宽越高,这个指标越差。对数字通道来讲,这个指标叫串扰,用过逻辑分析仪的人对这个指标应该非常熟悉,可惜的是所有的厂商都没有明确给出这一指标。如果你需要了解这个指标,可以想相关厂商咨询。
隔离采集模式
Tektronix MSO4104提供了一种高速MagniVu采集系统,它能够以触发事件为中心自动捕获每个数字通道的10,000个点。利用这一功能,用户就能够更加细微地检查逻辑通道时序,尤其在以500 MS/s采样时几乎是同时发生的跃迁信号。最高采样率为16.5 GS/s,或者说没60.6 ps采样一次。
如果4000系列数字通道的传输延迟的时间和温度稳定性足够好,MagniVu就是查找信号漂移的理想工具。它能够非常详细地显示相对信号时序的变化。
MSO能够在内部异步时基的信号沿同时采集模拟和数字通道。这意味着,在慢的时基设置下,偏移总有可能造成数字信号像发生在一个完整时基时钟之前或之后。当偏移降低时,发生这种现象的机会将减小。MagniVu技术能将这一概率降至最低。
除了具备诊断故障的洞察力之外,MSO还支持外部时钟定时。逻辑状态显示说明具备这种模式。然而,状态信息通常源自于时序数据,并非来自于独立的同步采集。当状态数据被同步采集,而非时序信息被异步采集时,由于状态在被采集时是稳定的,所以小量的通道和通道间偏移就变得不那么重要。
LeCroy WaveSurfer Xs和WaveRunner Xi均可通过辅助输入使用外部时钟信号。所以,在理论上讲,基于这些仪器的MSO能够执行真正的状态分析。横河公司的DL9000系列示波器可通过通道4使用外部时钟信号来限定由模拟通道1到3上的信号组合形成的状态触发。不清楚对DL9710L逻辑通道采用这种功能进行真正的同步状态采集时是什么情况。
另一种形式的MSO
如果您喜欢MSO的功能,但是可能需要6个模拟通道和多于16个甚至36个数字通道,为什么不能利用模块化仪器搭建一台定制MSO呢?例如,除了同步模拟和数字输入通道外,基于PXI的系统可提供同步输出来激励被测设备(DUT),内置深度存储器,PXI Express总线的高数据传输率,以及几乎不受限制的扩展能力。
NI公司负责高速数字I/O的产品经理Scott Savage介绍了一些PXI的功能:“PXI的所有通道使用相同的时钟,确保模拟和数字的同步接近20 ps。输出信号采用相同的亚纳秒同步,并且可根据引用量身定制系统。”
一套典型的NI系统可能包括一个PXI控制器和多块PXI-5152双通道、2 GS/s数字化仪和PXI-6552型100-MHz、20通道数字I/O模块,这取决于所需通道的数量。总的测试系统功能是由定制的LabVIEW程序决定的。当然,采用自己的测试程序还意味着能够直接解决所有的特殊计算,或者报告产品需求,而这是传统MSO所不具备的。
如果您的应用需要以高于MSO的8 bit的分辨率采集几个模拟通道,那么基于GaGe公司Octopus CompuScope的系统可能更合适。Octopus是一款8通道数字化仪,能够在12或14 bit的分辨率下以125 MS/s的速率对输入波形进行采样。该产品支持高达4 GB的采集存储器。模拟通道数量、分辨率、存储器长度的这种组合是任何MSO所不具备的。
和NI公司一样,GaGe公司的产品可同步数字和模拟通道。具有2 GB存储器的CompuScope CS3200数字输入卡可为多达32个通道提供高达100 MS/s的采样率。支持数值和模拟通道触发,但是通常和集成式MSO仪器不一样,它不以相同的电平进行触发。不过,非常大的内置存储器减小了对复杂触发条件的需求。
除了虚拟仪器厂商以外,基于PC的逻辑分析仪厂商也在切入这个市场,比如Link instruments 就推出了基于PC的MSO-9212 。基本指标如下
模拟2通道,带宽200MHz,半通道模式500Msps,全通道1Gsps,存储深度2Mpts/ch
数字12通道,带宽150MHz,存储深度2Mpts/ch
触发支持边沿,脉宽,脉冲计数,支持I2C,SPI触发
支持FFT,XY,数学运算,通过/不通过测试,数据记录
除了不能独立运行,已经和低端的台式MSO没太大差别,但售价也要1799美金。据悉台湾的逻辑分析仪厂商孕龙也准备在明年推基于PC的MSO。更多厂商的加入会使得基于PC的MSO价格迅速拉低,从而进入普及应用。
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结论
随着近期几款型号的推出,MSO的竞争力已经有了提高。这不仅意味着为用户提供了更多选择,而且证明了这类仪器的有效性。混合信号电路和设备已经准备好了,采用这一新的仪器类型来解决混合信号设计和开发的特殊需求,也只是很自然的事情。
总体而言,DSO和MSO在采集模式的数量和类型、触发条件、信号分析功能,以及显示能力,例如折叠总线和PreVu,以及缩放功能,等方面已经具有极大的通用性,如图所示。
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状态、RS-232和并行总线视图,PreVu和缩放
这些产品的功能是如此丰富,以至于合理规模的数据表不能更加详细地说明可用的功能,甚至都不能说明很有意义的功能。例如,MagniVu是一种从泰克的逻辑分析仪移植过来的MSO功能。相类似,安捷伦的FPGA动态探头功能源自于逻辑分析仪功能。
如果要充分地评估一款仪器的功能特性,您需要利用一周或两周的时间来检查混合信号应用总更具挑战性的工作。要多次阅读仪器的技术数据表,但手头仍然需要保存厂家的技术帮助热线号码。您会用到的,尤其是您希望了解更加复杂的触发和采集模式的限制详情时。
如果您仍然找不到合适的技术指标组合,模块化仪器也许能满足需求。每一代的MSO产品都会出现新的功能,以及特性组合,从而扩展了可满足应用的范围。尽管如此,定制设计的模块化仪器可能会更适合于您的应用需求。
来自:仪器与装备 / 仪器仪表
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~~空空如也
mass_lynnxy 作者
15年9个月前 IP:未同步
93839
MSO大比拼(产品篇)



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混合信号示波器是多功能仪器的一个典型代表,也是非常成功的一个案例,这种仪器很好的切合了市场的需求。自从10多年前Agilent的前身HP做过尝试以后,业界便逐渐认识到这种仪器的好处,那就是标准的示波器功能+简化的逻辑分析仪功能,以及两者融合所带来的对于调试混合信号,尤其是多通道信号的极大便利。2006年Tek推出MSO4000后,铺天盖地的广告宣传再加上Tek在业界举足轻重的影响力,对于MSO的普及更是起到了推波助澜的作用。此后LeCroy和Yokogawa也不甘人后,纷纷跟进,推出了自己的MSO解决方案。而且由于众多竞争者的加入,也将MSO拉到了一个合理的价位,不再高不可攀。
四大示波器厂商都推出了MSO,就连一些传统厂商,比如Hameg也推出了MSO产品,基于PC的仪器自然也不愿落单,也推出了自己的产品,比如Link instruments推出的MSO92_0921。国内的仪器厂商也推出了一些产品,比如rigol,owon。下面就来看看这些产品的特色。
1. Agilent MSO6000
2. Agilent MSO7000
3. Agilent Infiniium8000
4. Tektronix MSO2000
5. Tektronix MSO4000
6. Yokogawa DLM2000
7. Yokogawa DL9000 MSO
8. LeCroy WaveSurfer MXs
9. LeCroy WaveRunner MXi
10. Hameg HMO3524
11. Link instruments MSO_9212
1 Agilent MSO6000
作为MSO的鼻祖,Agilent在这个市场上独舞了10年之久,这种情况在示波器史上也是非常罕见的。当然,在Agilent独舞期间推出的MSO跟眼下流行的MSO在功能上还是有一些差距,尤其是逻辑分析能力和串行总线的触发和解码方面。但是Agilent在2004年推出的MSO6000几乎一举扭转了人们对MSO的映像,除了6.3寸的屏幕显得还有点不足以外,相对于采用MegaZoom 2技术的546xxD在性能方面做出了很大的改进,并将为人诟病的5462xD的200Msps采样率一举提升到2Gsps。
标配2 Mpts MegaZoom III深存储器 可升级到8 Mpts
更新速率高达100k波形/秒、256级亮度的高分辨率XGA显示器
15 ps rms 触发抖动
可快速响应的MegaZoom III深存储器
16个在时间上与示波器通道相关联的数字通道
在所有模拟通道和数字通道上均可进行码型和混合信号触发
用于Xilinx和Altera的FPGA动态探头应用选件 Xilinx
用于Altera的FPGA动态探头应用选件 Altera
I2C, SPI, CAN, LIN 和 USB触发标准和提供的解码选件
CAN、LIN和FlexRay自动串行 触发和解码选件
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2 . Agilent MSO7000
HP/Agilent的示波器一直给人一种笨重的感觉,2007年Agilent终于痛下决心,推出了轻盈的7000系列示波器,一举改变了用户对Agilent示波器的印象。当时7000系列的口号就是“博大精深”,此言不虚。7000基本上是6000的改良版本,除了显著加大了存储深度以外,就是外型的大变化,身材变得非常轻薄,但显示屏却高达12.1寸。带宽方面只有350M/500M/1G 3个版本可选。
标准8 Mpts MegaZoom III深存储器
具有256级灰度的12.1英寸XGA显示屏,可以显示微小的信号细节
业界最快的、高达每秒100000次波形更新速率,轻松显示偶发事件
串行解码包括:I2C、SPI、CAN、LIN、RS-232/UART和FlexRay
用于Xilinx和Altera设备的内核辅助FPGA调试
分段存储
矢量信号分析软件89601A
可在电脑上进行离线分析,以及查看先前采集到的数据
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3. Agielnt Infiniium MSO8000
Inifiniium 8000是Agilent推出的一款高性能示波器,当然了价格不菲。由于采用了新一代 MegaZoom 技术,深存储高达 128 Mpts,配上高清晰显示屏,用户可以轻易查看细微的异常信号,并对信号细节展开分析。基于Windows架构,内置丰富的应用分析软件,可以进行眼图,抖动测试,并能用作USB,以太网的性能验证和一致性测试。
1 Mpts标准存储器深度,带有128 Mpts选件 高达128 Mpts的选件
XGA彩色显示屏,256个亮度级
可进行拖放测量的触摸屏
矢量信号分析选件
16个数字通道,与4个示波器通道在时间上关联
在所有模拟和数字通道上的码型和混合信号触发
用于Xilinx和Altera的FPGA动态探头软件选件
数字总线活动的模拟图表
I2C和SPI解码选件
CAN串行解码选件
USB和以太网一致性测试软件选件
开放式 Windows® XP Pro 操作系统
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4 Tektronix MSO2000
Tek在08年发布了低端的MSO产品MSO2000,成为目前市场上价格最低的入门级混合信号示波器,体积也是本次对比中最小的。继承了MSO4000的突出特性,提供Wave Inspector,便于查找和浏览长记录信号。提供I2C, SPI, RS-232/422/485/UART, CAN, LIN的触发和解码以及搜索。 标配每通道1M的存储深度,但5k 波形/秒的刷新率为本次最低。
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5. Tektronix MSO4000
就是这一系列的产品,点燃了业界对MSO的热情。最大的创新是引入了Wave Inspector功能,具有Wave Inspector功能按钮的前面板也成为4000的一个鲜明标志。在提供10.4寸大屏幕显示的同时,入深只有5.4寸。在最高5Gsps的采样率下标配每通道10M的存储深度。并将Tek在逻辑分析仪方面的MagniVu引入进来,提供高达16.5Gsps的采样率,但在此模式下存储深度只有10k。提供I2C, SPI, RS-232/422/485/UART, CAN, LIN的触发和分析选件。具有200pS的毛刺检测能力,以及低至60ps的数字通道偏斜。示波器则提供了完整的HDTV解决方案。
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6 Yokogawa DLM2000
DLM2000是Yokogawa面向低端推出的一款MSO解决方案,外观秉持了横河的一贯特点。尽管定位低端,但DLM2000表现出了非常强悍的性能。最高125M的存储深度为本次对比之最,并提供了不妥协的最高2.5Gsps的采样率,以及20k 波形/秒的更新率。至于提供的带宽限制也是非常丰富,多达14级,这可以让用户选择最合适的本底噪声。虽然最高带宽只到500M,但依然配备了强大的分析功能,最多同时测量20个参数,并做出参数的直方图,趋势图,FFT的分析长度高达250k。同时也是唯一一款在低端也给出了抖动测试能力的MSO,可作抖动直方图。显示插值上除了常见的正弦和线性插值外,还给出了pulse(脉冲)插值方式。
除了鲜明的外观,DLM2000所提供的MSO方式也非常的奇特,是3 ch analog + 8-bit logic模式,通道4可以在一个模拟输入和8个逻辑输入之间任意切换。独有的历史记录和回放功能,可以通过面板上的功能键快速实现,最多可录取20k帧画面,藉此用户可以方便的实现长时间无人值守测试和发现罕有的不良现象。触发功能除了常见的沿,宽度,状态触发并对其进行了加强,以及数字通道的I2C,SPI,UART,CAN,LIN触发外,还提供了独有的B trigger功能。由于具有最高达125M的存储深度,在捕获信号的搜索方面也做出了加强,提供了标准的搜索、放大功能,并在前面板设置了快捷键。
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7. DL9710 MSO
DL9000 MSO系列是横河的高端方案,基于其顶级的示波器DL9000系列,采用了ADSE引擎,获得了良好的响应和运算速度。除了具备DLM2000的所有功能外,DL9000提供了更外丰富的触发功能,分组波形显示以及虚拟的AD,DA功能,增强的波形搜索功能。当然了,DL9000可以做眼图和模板测试。对于低速串行总线,不光可以触发还能进行解码。
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8. LeCroy WaveSurfer MXs
LeCroy 推出的MSO解决方案是采用外挂的逻辑通道选项,所以目前也只有LeCroy在超过2G带宽的示波器上还提供MSO。WaveSurfer是基于Windows架构的,标配触摸屏,带宽200M~1G的示波器。Wavesurfer的一个显著特点是加入了WaveScan功能,可以便捷的搜索捕获到的信号,搜索条件几乎可以任意设定。由于标配触摸屏,很多以前要在前面板完成的操作,现在可以便捷的通过屏幕进行,比如快捷的配置采样率,存储深度。示波器通道标配10M的存储深度,逻辑通道则是50M,另,逻辑通道支持最高2Gsps的采样率,以及500M的带宽。定位与中端的Wavesurfer有着LeCroy的典型血统,分析能力特别的强,运算能力也是非常强悍,甚至内嵌Matlab,无须切换到Matlab环境。
支持I2C, SPI, UART/RS-232, LIN, CAN的触发和解码。
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9. LeCroy WaveRunner MXi
标配12.5M,最大25M的存储深度。低速串行触发和解码相对WaveSurfer增加了Flexray。WaveRunner的带宽为400M~2G。但目前LeCroy已在其网站删除了这款示波器的资料,继而用基于第四代示波器平台的WaveRunner MXi-A代之。与MXi比起来在规格上并没有太大变化,变化在于采用新的X-Stream™ II硬件结构,提高了采集和显示速度;第四代示波器的鲜明特征之一TriggerScan™偶发事件捕获技术,改善了调试和分析功能;并采用Intel® Core™ 2 Duo处理器,据说与竞争对手的产品相比,在深存储分析和串行数据解码方面,速度提高了40-70%。
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WaveRunner
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WaveRunner Xi-A
10 Hameg HMO3524
Hameg是测试巨擘R&S旗下的子公司,是一家独立的侧重于EMI测试的厂商,同RS一样示波器并不是其强项,但去年Hameg还是推出了混合信号示波器,打破了以模拟示波器为主的局面。这款MSO的特点如下:
4GSa/s Real time, 350MHz bandwidth.
MSO (Mixed Signal Opt. HO3508) with 8 /16 logic channels
Vertical sensitivity 1mV...5V/div. (into 1MΩ/50Ω), Offset control ±0,2...±20V
12div. x-axis display range
Trigger modes: slope, video, pulsewidth, logic, delayed, event
FFT for spectral analysis
6 digit counter, Autoset, automeasurement, formula editor
6.5” TFT VGA display, DVI output
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11. Link instruments MSO_9212

Link Instrument原是一家主要生产基于USB逻辑分析仪的厂商,在台湾的分部叫克拉克。USB逻辑分析仪有着非常好的性价比,但通常难与示波器进行很好的交互,所以Link与去年也发布了基于USB的混合信号示波器,以便解决这个问题。
MSO_9212带有2个模拟示波器通道以及12个逻辑通道,单次最高采样率1Gsps,模拟带宽200MHz。每通道2M 样点的存储深度,触发方式除了常见的沿,宽度(毛刺),电平外,还有脉冲计数和12b长的字以及SPI,I2C触发方式,并支持SPI,I2C的解码。FFT的频谱分析带宽高达500MHz。由于是基于USB的仪器,利用应用软件可以非常方便的利用PC的大屏幕显示器进行显示。另外对于需要定制化软件的用户还提供了DLL和LabView驱动。
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总结
虽然示波器是一种非常普遍的仪器,但混合信号示波器却并不普及,再加之示波器特有的复杂性,并非三言两语就能概括完毕。除了基于PC的仪器在性能上比台式仪器有明显差别外,4家示波器厂商的产品在性能上并没有绝对的差距,区别在于大家各有侧重。Agilent加强了6000/7000的波形更新率,并提供了USB总线的触发和解码功能。Tektronix大有后来居上之势,标配了Wave Inspector功能,并率先推出了422/485触发和解码功能,在4000系列中更是提供了其高端逻辑分析仪的MagniVu功能,使得毛刺检测能力大大加强。Yokogawa则保持了一贯在记录仪上的优势,配备了历史记录,回放功能,并加强了搜索功能,分析能力也直追LeCroy。LeCroy则是突出了一贯的分析能力,外接的逻辑分析仪模块性能也是非常的强悍,几乎提供了混合信号示波器中最强的性能,最多的通道,并是业界唯一一个在高带宽示波器上也提供逻辑分析选项的厂商。
下表给出混合信号示波器主要参数的比较。由于厂商的资料各有侧重,好多参数或指标均未明确给出,如果你关心的参数并未在对比表格中给出,请直接联系厂商,以获取翔实可信的资料。需要说明的是对于厂商宣传资料上给出的最大采样率,最深存储深度是有一定的条件限制的,比如最大的采样率一般是在单次采样模式,或者Interleaving模式下给出的。波形更新率也跟存储深度以及示波器的设置密切相关,另,要区分最大触发速率和实时波形更新率的概念。
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后记:
混合信号示波器的比拼写了上下两篇。篇幅非常之长,这也是我所有评测中少见的。这篇文章早在12月份就开始准备了,一直到最近才开始动笔,是因为示波器是一种常见但又有诸多功能陌生的仪器
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