力科新一代8ch&12bit示波器助力复杂嵌入式系统的调试与分析

摘要：随着云计算、高清视频的出现，整个电子系统已经迈入了大数据时代，需要大容量数据的存储和大数据传输。嵌入式电子系统如智能手机、汽车内的电子控制单元不仅倾向于更加小型化，还需要具备强大的智能处理功能，整个系统变得越来越复杂，总线类型繁多，高速数据线也更多。对于复杂嵌入式系统的调试和分析也将变得更加困难，一是系统的参数要求更加严格，二是涉及到的信号更多，混合有模拟信号和数字信号，需要尽可能的同时捕获多路信号以便进行对比分析。本文将介绍力科的新一代8通道、12bit ADC的高精度示波器HDO8000如何助力复杂嵌入式系统的调试与分析。

一、典型的嵌入式控制系统

下图1所示为典型的电动车电子控制单元(ECU)的架构图，包括有高控制复杂度的处理器，用于控制、连接及处理外围设备;处理器外围接口设备通常包括有串行信号接口(如SPI，I2C，UART，RS232，ENET，USB2，CAN总线等等);传感器和驱动器控制信号;用于连接显示设备的MOST或者LVDS总线;音频总线I2S，SLIMBUS等;内存控制总线SDRAM(现在的智能手机中包含有DDR，LPDDR等);还有电机的控制信号线等。

上述多种总线通常并存于一块面积不大的系统中，且由同一个嵌入式处理器进行控制和数据的处理，因此各类信号之间的干扰也会变得更加严重。

图1 典型的电动车电子控制单元

三、复杂嵌入式系统的主要测试内容及难点

针对嵌入式系统的测试主要包括三个方面：一是电源纹波的测试分析;二是标准信号的一致性分析;三是整个系统的调试包括串扰分析。

1、电源纹波的测试分析

对于小型复杂嵌入式系统如手机有一项重要性能指标是电池充完一次电能够使用多长时间，而且嵌入式系统中也出现了达到几Gbps的小幅差分高速串行信号(如下一代MIPI MPHY信号可以达到6Gbps)，所以系统的供电电压也越来越低，如DDR3L的供电电压为

1.35V，供电电压越低，对电压波动即纹波的要求就越高。如下图2 所示为某DDR 对电源纹波的要求，要求纹波小于1%1，及+/-15mv：

图2 某DDR 对电源纹波的要求

对于如此严格的电源纹波测试要求，传统的示波器测试将会带来更大的误差，原因是传统示波器通常只有8 位ADC，量化误差较大，且前端放大器具有更大的噪声。

2、标准信号的一致性测试

对于一些标准的信号如以太网，USB 等，有专门的规范规定了需要的测试项目，由于测试项目数量多，靠工程师一项一项的进行测试会非常耗费时间，影响产品开发进度。

3、各类标准信号的联合调试与分析

由于复杂嵌入式系统中有多种不同标准的模拟信号、数字信号、电压信号、电流信号并存于一块非常紧凑的电路板上，因此相互间的串扰会大大增加，通常需要多个信号同时进行测试才能更容易的通过对比分析找到可能的问题。传统的示波器通常只有4 个通道，有很多用户会选择使用两台示波器级联的方式实现8 个通道，这样的方式可以捕获8 个信号，但是无法实现多通道级联触发、多个信号在同一个屏幕上显示、多个信号同时进行分析等。

四、力科的8 通道/12 位的高精度示波器HDO8000 助力嵌入式系统测试

力科(Teledyne LeCroy)的HDO8000 系列示波器具有8 个模拟通道、12 位ADC、1GHz带宽、2.5GS/s、250MS 存储深度、16 个数字通道、具有19 种串行触发和解码选项的高精度示波器HDO8000 系列。

8 个模拟通道和16 个数字通道可以实现同时观察和测量8 路模拟信号和16 路数字信号的能力，能够快速的观察和调试信号，分析多通道信号之间的串扰，这将特别适合于复杂嵌入式系统的调试与分析，解决了传统示波器通道数不够的问题。

1GHz 带宽、2.5GS/s 采样率不仅可以完全包括电源系统的测试需求，而且能够满足功率转换系统中的嵌入式控制信号的测试，如I2C，SPI，RS232，ENET，USB 等串行控制接口。

12 位ADC 能够更加充分的观察信号的细节和实现更加精确的测量，具有更大的量化等级数，更小的量化误差，配合示波器低噪声的前端放大器结构，是复杂嵌入式系统中小电压电源纹波测试的理想选择。

250MS 的存储深度能够捕获足够长时间的低频电源信号进行充分的整体和细节的分析。

力科的8 通道高精度示波器下图3 所示：

图3 力科的8通道/12Bit示波器

下图4左侧上下两幅图所示为12位示波器的测试结果，右侧上下两幅图所示为8位示波器的测试结果。从图中可见，12bit示波器能够更加清晰的观察信号幅值区域以及波动区域的细节，而8bit示波器却出现明显的量化误差。

图4 8bit&12bit示波器的测试对比

此外对于复杂嵌入式系统的一致性测试和调试方面的难点，力科的HDO8000示波器也配置了相应的工具为工程师实现更加高效的测试。

其一是一致性测试软件QualiPHY，如下图5所示，力科QualiPHY软件包集成多种串行标准，包括ENET，USB2.0，USB3.0，PCI Express，DDR2 ，HDMI，DisplayPort，SATA，SAS，FB_DIMM，UWB;图文并茂显示测试连接设置和测试报文发送步骤;对参数测量结果自动进行合格判断;自动生成规范、全面、美观的测试报。QualiPHY一致性测试软件的核心价值是通过简化串行数据一致性测试过程，从而缩短了新产品的上市时间，有效降低了研发成本。

图5 力科QualiPHY一致性测试软件

其二是一系列的解码和触发分析软件，解码和触发分析软件有助于查找物理层或者协议层问题导致的协议层错误。如下图6所示为I2C的解码分析结果，力科的解码软件能够将数据、地址等信息以不同颜色进行显示，解码的结果信息直接叠加在波形上，同时以表格的方法进行显示，数据信息可以显示为二进制格式，十六进制格式以及ASCII格式。通过协议层数据、地址或者其它控制信息的触发，可以快速的捕获到工程师希望的数据信息。

图6 I2C总线的解码分析