这主要是因为这些系统更多地集成到了相对较小的片上系统 (SoC)、现场可编程门阵列 (FPGA) 或专用集成电路 (ASIC) 中。这些客户定制的应用处理器及其功能是现代电子产品的核心，从非常简单的内部开发到最新的物联网应用，再到我们日常生活中使用的各种电子产品，都离不开它们。
许多从事定制嵌入式设计的开发人员依靠示波器来调试和可视化各种类型的问题。多年来，价格适中的示波器已经能够分析基本的时序和噪声问题、信号质量以及数据问题。凭借许多老式示波器的功能，例如在混合信号分析 (MSO) 中使用数字通道、串行解码以及信号搜索和记录，示波器是任何工程师工作场所进行基本故障排除的最重要工具。然而，当遇到某些挑战时，例如抖动分析或信号失真调查，传统示波器的局限性很快就会显现出来。这就需要更强大的分析功能，而这些功能通常超出了普通工程师的预算。
高端示波器长期以来都提供扩展的分析和测量功能，例如抖动分析，这对于现代设计开发的复杂性至关重要。Rigol 的 UltraVision II 平台将多个定制 ASIC 与 FPGA 集成到一个高度集成、可靠且经济实惠的测试平台中，该平台基于先进的分析和调试理念。MSO8000 系列示波器（标题图片）是 Rigol 最全面的嵌入式设计工具，能够表征高达 2 GHz 的信号，并分析复杂的信号完整性、失真和时序问题。.
总而言之，MSO8000 系列拥有同类产品中最全面的分析功能、最大的存储容量和最高的采样率。MSO8000 的各项功能专为嵌入式设计和故障分析而设计，旨在加速应对现代测试挑战的审查和调试。下文将详细介绍其快速便捷地执行复杂信号分析的功能。.
抖动特性分析：
信号周期的精度对于数字数据传输至关重要，尤其是在高数据速率下。即使时钟频率发生最细微的变化，也会影响误码率和数据吞吐量。然而，这些基于时间的误差无法像以前在常见的串行通信速率下那样，用传统的示波器简单地可视化。
MSO8000 系列的抖动分析功能提供了解决方案。该示波器利用高采样率和大容量存储器，比较数千个时钟周期转换之间的时序变化。这使得低于 100 皮秒的时序波动能够被可视化，并且可以长时间跟踪这些变化。.
可视化抖动的关键之一是时间间隔误差 (TIE)。TIE 定义为理想时钟沿与实际测量时钟沿之间的时间差。有两种测量方法可用于分析 TIE 测量误差。一种是 TIE 趋势图。该图显示了 TIE 值随时间推移的累积误差。这种趋势可视化是一种有价值的分析工具，因为它突出了波动的周期性原因。图 2 显示了高速时钟信号（通道 1，黄色）和 TIE 波动趋势（紫色）。.
此处显示的TIE趋势线纵轴单位为10纳秒/格。该趋势线表明TIE抖动呈周期性变化。这意味着周期性信号或事件会影响时钟频率。使用光标（参见图3）可以更精确地测量TIE趋势线。通过光标，您可以轻松测量信号周期并计算频率（1/DX）。也可以直接测量TIE趋势线。TIE趋势线的周期是抖动问题来源的重要指标。.
除了TIE趋势之外，还可以计算TIE值的分布。TIE值的形状和标准差对于确定原因至关重要。信号直方图可视化方法适用于此（参见图4）。. 
正确理解TIE值及其趋势的性质以及如何解读其分布至关重要。如前所述，TIE是通过对干扰信号的周期性累积变化进行计算得到的。这意味着TIE趋势类似于干扰信号的积分。因此，可以从图4中的TIE趋势推导出周期的方波变化。在本例中，可以看到时钟信号的周期先线性增加（上升趋势），然后再次线性减少（下降趋势）。这种线性增加表明信号的时钟周期是稳定的，但必须大于预期的最佳时钟周期。线性减少的情况也是如此，周期也必须保持稳定，并且小于预期周期。因此，周期在两个稳定值之间变化，一个值大于预期周期，一个值小于预期周期。趋势中的频率测量表明，波动是由一个10 kHz的方波信号引起的。直方图显示，波动似乎是恒定的，因为 TIE 分布在这些值上是均匀对称的。.
对于被测电路，测量了附近的信号源，并确定了 10 kHz 的干扰信号（见图 5，蓝色曲线）。.
抖动可能由多种因素引起，包括锁相环 (PLL) 故障、电路电流波动或干扰发射。以下示例将重点介绍如何使用直方图测量抖动，因为它们展示了抖动校正带来的变化。
由于正弦干扰波和三角干扰波对抖动的积分值均呈正弦曲线，因此仅凭趋势不足以判断干扰源。直方图及其标准差是更精确识别干扰信号的辅助工具。例如，图 6 中的直方图显示了 TIE 值的双峰分布，其趋势呈正弦曲线。
直方图统计量测得的标准偏差（σ 值）约为 3.2 纳秒。由于该趋势的均值接近于零，因此直方图中的标准偏差也可以近似为趋势信号的均方根值（参见左下角的均方根值测量）。直方图的图形表示有助于直观地展现潜在的偏斜情况，例如，当信号缓慢偏离后又迅速修正时。.
图 7 展示了一个很好的非对称波动分布示例，该分布在 TIE 波动趋势中仍然呈现出近乎正弦的形态。这种分布有助于识别可能导致这种变异性的过程。.
抖动分析至关重要，因为它关系到数据完整性，并最终导致系统时间或带宽损耗的错误。因此，仅仅分析时序变化是不够的；数据呈现给用户的方式同样重要。MSO8000 提供多种时钟恢复方法来测量抖动。串行数据流可以使用显式时钟，也可以根据定义的时钟频率进行处理。此外，数据流还可以使用锁相环 (PLL) 电路来确定周期。.
上述测量是在恒定时钟设置下进行的。相比之下，图 8 显示了使用 MSO8000 对图 7 中的同一信号进行抖动测量的结果，该测量采用一阶 PLL 恢复方法，环路带宽为 200 kHz。通过这种动态时钟恢复，抖动特性得到了显著改善，直方图中的双峰波动也消失了。.
现在可以通过垂直方向放大趋势图来分析更精细的抖动波动（图 9，500 皮秒/格）。周期性抖动仍然可见，但已显著降低，可能不再影响潜在的比特错误。.
一旦所有抖动事件都被分析并消除，就可以进一步降低抖动幅度（低于 500 ps/DIV），以便分析噪声特性（参见图 10）。MSO8000 示波器还允许直接以统计表格形式查看 TIE 值，以及比较相邻周期（逐周期）或比较正负脉冲宽度（+/- 宽度）。一旦所有系统抖动都被成功消除，就可以显示低于 500 皮秒/DIV 的噪声源，如图 10 所示。MSO8000 示波器还允许直接以统计表格形式查看 TIE 值，以及逐周期值和根据正负脉冲宽度计算出的值。.
综合来看，这款新的抖动分析工具能够对关键串行通信链路中的抖动问题进行仔细的可视化和分析，这远远超出了普通中档示波器的能力范围。.
信号质量图和眼图：
抖动只是影响整体信号质量的众多因素之一。所有与信号质量相关的分析的目标都是减少收发器通信中的数据错误。错误通常由时序和抖动问题引起。然而，带宽不足、接地连接错误、噪声增大或阻抗匹配不良也会导致问题，所有这些都会对接收器对比特的解读产生负面影响。可视化整体数据信号质量的最佳方法是显示眼图——传输数据信号的模式。传统上，这些测量方法需要在高功率、高价位的示波器上进行。实时眼图显示是验证和调试串行数据链路的绝佳方法，因为吞吐量和低误码率对系统性能至关重要。
眼图分析信号的重叠对齐数据线，并将这些比特序列与恢复的时钟同步。前面描述的时钟恢复选项（可用于抖动测量）也可用于眼图分析。眼图的创建方法是将每个比特序列叠加在一起。然后，利用数千个比特序列生成密度图。这将形成一个图案，如图 11 所示。该图案被称为眼图，因为其中心形状类似于一只睁开的眼睛，两侧各有一个闭合点。目标是保持眼睛睁开的状态，从而正确解读眼睛中心的比特状态（0 或 1）。.
这种先进的分析方法可以用于验证电缆和连接器。此外，它还可以通过串扰或其他辐射等不良影响，识别设计过程中对信号质量的影响。.
例如，图 11 中的眼图显示了一些潜在问题。根据 MSO8000 上设置的阈值，仪器会计算眼图的宽度和高度。由于眼图边缘不够清晰，可以看出该信号的带宽有限，这可能会造成问题。可以通过确保眼图电平、眼图宽度和信号上升时间等于或优于数据表中所示的值来分析评估信号质量。在同一测量中，相对于恢复时钟的频率不确定性也会出现。这可以从直方图曲线未呈现高斯分布看出，而高斯分布通常是良好信号性能的预期表现。此外，眼图还表现出一些噪声行为；也就是说，幅度在传输过程中会发生波动，并且眼图会出现垂直闭合。.
一旦确定了引起频率波动的问题并消除了干扰，眼睛就会再次睁开（见图 12）。.
直方图显示，剩余的频率波动至少呈对称分布。这种改善在放大后的“眼睛”中也很明显。一旦识别并消除了附近的噪声源，“眼睛”的高度和宽度都会得到改善（见图 13），信号也变得更加准确。.
通过这项测量，信号带宽问题更加明显，因为更窄的眼线可以更好地分析边缘斜率。还可以看出，数据传输过程中仍然存在不同的幅度值，这仍然会使眼线略微变窄。
最后，如图 14 所示，在将发射电路更换为改进版本后，带宽得到了改善。直方图分布表明，信号波动中的一些异常值不再出现。带宽的改善在斜率的改善和完全展开的垂直眼线中清晰可见。
摘要：
嵌入式设计中数字数据信号的故障分析是现代电子技术的关键需求。现代高性能数字示波器扩展了工程师日常分析所需的功能。Rigol 的 UltraVision-II 技术和 MSO8000 系列示波器通过抖动和眼图分析功能，进一步完善了这些工具。这种全面的信号质量分析功能价格合理且易于使用。MSO8000 上的抖动和眼图分析功能极大地简化了串行数据连接中整体信号质量的可视化和分析，并有助于排查与时钟、噪声特性和带宽相关的问题。凭借基于 UltraVision II 平台的全新分析功能、500 Mpts 的存储深度和高采样率 (10 GSa/s)，Rigol 的 MSO8000 系列为该领域的当前开发提供了一套完整的解决方案。
作者： 作者：Boris Adlung，RIGOL Technologies，Gilching
