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存儲深度:買示波器之前一定要多問一句

您也許會為采樣率是4G還是5G而反復糾結,但卻很少關注另一個參數“存儲深度”。簡單算一下,當存儲深度只有4Mpts時,4G采樣率只能維持1ms時間的波形。不知這是否可以滿足您的需求?


如果您只看一小段波形(us級),不同示波器之間的區別更多在于用戶體驗、操作習慣和價格等因素,核心觀測結果幾乎沒有區別。但如果您觀察的波形時間較長(ms或者更長),小存儲的示波器便無法勝任,因為從波形開始已經失真,后續的參數測量、協議解碼、FFT分析等已經失去意義。


在我看來,示波器行業有兩個誤區:

1、用戶足夠關注采樣率,不夠關注存儲。

很多人對于采樣率是4G而不是5G耿耿于懷,卻沒有留意示波器最大的存儲深度僅2.5Kpts。我經常開玩笑說,根據您當前測試的這些信號,您的示波器的采樣率可能從來沒有4G過。


2、廠家只標稱最佳采樣率,不標稱存儲深度,甚至不標稱實時采樣率。

所有示波器廠家都會在示波器PVC面板上印上采樣率(如4GSa/s)。但標稱采樣率只是最佳采樣率,并不是實時采樣率。示波器只能在極短時間內保持最佳采樣,但有些示波器甚至從界面上就去掉了實時采樣率的顯示,這確實會誤導工程師認為采樣率始終不變。


絕大多數示波器是不標稱存儲深度的,只標稱最佳采樣率而不標稱實時采樣率,如下圖所示。



參數解釋


示波器第一公式:存儲深度=采樣率X波形時間;

類比電池公式:電池容量=用電速度X用電時間。

電池就那么大,想要用的時間長,用電速度必須降下來;同理,示波器存儲深度就那么大,想要看長時間的波形,采樣率也必須下降。


結論:對波形觀測而言,只要帶寬合適,最核心的參數便是實時采樣率,而實時采樣率直接由存儲深度決定。


不同存儲深度下的采樣率和時間檔位對應表


由下圖可見,波形時間變長后,采樣率飛速下降。我們使用不同存儲的示波器測量相同的信號,可以看到如下結果:大存儲下采樣率仍在500MSa/s,波形細節清楚。


大存儲深度下波形細節清楚


小存儲示波器采樣率已經下降至2M Sa/s,波形完全失真。


小存儲深度下波形完全失真


大存儲深度的核心價值


Q:大存儲深度只是讓長時間觀測波形不失真么?

A:不止于此。


1、故障定位

對于特征明確的異常信號,幾乎所有示波器都可以輕松觸發。但是異常出現的頻率是多少?是否有規律呢?離開大存儲深度則很難找到答案。


舉例:捕獲224ms波形,發現脈寬最值與均值差別較大,則此信號存在脈寬偶發異常。



參數測量發現異常信號


通過波形搜索輕松定位出224ms波形中一共5處異常,周期性出現,周期約為50ms。


波形搜索定位出異常信號


如果存儲深度不夠,拉到這樣的時間檔位,波形早已全部失真,又怎么能定位故障呢?


2、通訊監控

協議解碼是調試常用的功能,但是針對通訊異常而言,解碼幾幀信號無濟于事,只有針對幾秒甚至幾十秒的通訊過程進行監控,才能逐步排查異常。


大存儲下的通訊協議監控


如圖所示,示波器記錄了10.2s的CAN波形并全部解碼生成事件表,我們可以將事件表導出,也可以使用上位機軟件做DBC解析,將解碼升華到協議層,大存儲深度使解碼功能產生了質變。


3、參數測量

大存儲意味著更多的原始數據,因此參數測量的樣本點也更多。當然這也對示波器提出了很高的要求,這里比較復雜,暫時不做詳細介紹。但同為參數測量,基于512M點波形和基于1M點波形結果差別還是十分明顯了。


大存儲的實現難點


Q:示波器的大存儲是不是換個存儲器就行了么?

A:不是的。


數據量突然大了這么多,波形要重建、觸發、解碼、測量,同時還要保證大數據量下的流暢性,系統高負荷運作的散熱問題…這些問題都是是大存儲的核心難點。如果單純加大存儲,則會大幅降低使用體驗。如果Autosetup需要等3s,參數測量等5s才有結果,這樣的大存儲用戶一定不會接受。


不同品牌示波器大存儲的區別


各個廠家越來越重視存儲深度,陸續推出大存儲的示波器,那么各個品牌的大存儲有什么區別呢?


1、存儲深度到底有多大?

各個廠家都推出了大存儲示波器,但各家的實際存儲不盡相同,有512M、140M、12.5M、10M……,這點在購買之前一定要問清楚。


2、大存儲狀態下,示波器運行是否流暢高效?

示波器的架構、系統能否支持其在大存儲下的高效運行。假如增大存儲之后需要犧牲示波器的流暢性和用戶體驗,那么一定要慎重考慮。最好提前找一臺樣機,開到最大存儲測試一下,再決定是否選擇。


3、有沒有波形搜索等分析插件?

有了海量波形只是第一步,之后還要看是否有足夠多的分析手段,如果只有大存儲,但是沒有搜索引擎和數據分析插件,無法進行數據的挖掘分析,大存儲的意義也就不復存在了。


總結


整個示波器行業沒有講清楚的東西就是:

· 波形時間長了,采樣率一定會下降。標稱采樣率只是最佳采樣率,真實的采樣率由存儲深度和時間檔位決定;

· 就1G以下帶寬示波器而言,絕大多數示波器高采樣只能停留在2ms以內,甚至1ms以內的波形。


而大存儲示波器最核心的優勢在于:

· 讓示波器最佳采樣率發揮的時間更長,不局限看一小段波形;

· 不是抓幾個典型信號去管中窺豹,而且基于大數據去深入分析。


所以,購買示波器之前一定要多問一句:存儲深度多大?是標配么?


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