LOTO示波器的變長(zhǎng)存儲(chǔ)深度和分段存儲(chǔ)

經(jīng)常有客戶咨詢和不理解LOTO示波器的存儲(chǔ)深度為什么是變長(zhǎng)的，也表示對(duì)LOTO示波器的分段存儲(chǔ)功能不理解，本文對(duì)LOTO示波器的存儲(chǔ)機(jī)制做一次完整的梳理，幫助我們的客戶更好的使用示波器。

數(shù)字示波器都是有死區(qū)時(shí)間(Dead-time)的，如下圖所示，在兩次采集時(shí)間段 (Acquisition-time)之間,一定會(huì)存在一個(gè)沒(méi)有采集到的死區(qū)時(shí)間，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)的信號(hào)波形是采集和顯示不到的。

所以示波器廠家都在盡力縮短死區(qū)時(shí)間段，加長(zhǎng)采集時(shí)間段(上圖灰色部分)。但是死區(qū)時(shí)間段不可能無(wú)限制縮小，采集時(shí)間段也不能無(wú)限制增大，這兩種做法都需要在產(chǎn)品的實(shí)際使用中做出權(quán)衡。

   降低采樣率或者加大存儲(chǔ)深度，是加長(zhǎng)采集時(shí)間段的兩種常用方法。大的存儲(chǔ)深度可以保障示波器用盡可能高的采樣率一次采集盡可能長(zhǎng)時(shí)間段的波形，但是并不能消除死區(qū)時(shí)間段，較大存儲(chǔ)會(huì)降低處理和波形捕獲率。這會(huì)降低示波器的響應(yīng)速率，并增加每次采集間隔的停滯時(shí)間。降低采樣率的方法，使得存儲(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)減少，有利于提高波形的捕獲速率和波形刷新率，缺點(diǎn)是采樣率降低到一定程度會(huì)造成每個(gè)波形周期的采樣點(diǎn)數(shù)不足，引起失真。

  高端示波器還有第三種方法：分段存儲(chǔ)功能。分段存儲(chǔ)功能將存儲(chǔ)劃分為較小分段。用戶可以指定存儲(chǔ)應(yīng)被劃分為幾個(gè)分段，每個(gè)分段均具備同等長(zhǎng)度。

當(dāng)示波器觀察到第一個(gè)觸發(fā)事件時(shí)，會(huì)開(kāi)始在采集存儲(chǔ)的第一個(gè)分段中存儲(chǔ)采樣點(diǎn)，直至第一個(gè)分段存儲(chǔ)滿。之后示波器會(huì)重新做好觸發(fā)準(zhǔn)備，開(kāi)始尋找下一個(gè)出現(xiàn)的觸發(fā)事件。當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)，示波器會(huì)在下一個(gè)存儲(chǔ)分段中存儲(chǔ)采樣點(diǎn)。示波器會(huì)不斷重復(fù)這一過(guò)程，直至所有存儲(chǔ)分段均存儲(chǔ)滿。 在捕獲停滯時(shí)間較長(zhǎng)的突發(fā)信號(hào)時(shí)，分段存儲(chǔ)模式尤其有用。許多串行總線和通信信號(hào)均屬于此類信號(hào)。通過(guò)分段存儲(chǔ)，示波器可以維持高采樣率，同時(shí)捕獲長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘數(shù)小時(shí)或數(shù)天。

   LOTO示波器為OSCA02及更高型號(hào)的產(chǎn)品提供了多種靈活的存儲(chǔ)方式，對(duì)產(chǎn)品的性能做出了權(quán)衡和兼顧，既可以小存儲(chǔ)深度快速刷新，保持高的波形更新速率，又可以設(shè)置成長(zhǎng)時(shí)間采集模式連續(xù)采集，還可以進(jìn)行分段存儲(chǔ)。

我們來(lái)逐個(gè)功能介紹：

大部分客戶的大部分應(yīng)用場(chǎng)景下，應(yīng)選擇LOTO示波器的示波器模式，這也是我們軟件的默認(rèn)模式。這種模式優(yōu)先使用固定的128K的存儲(chǔ)深度，從而保障波形的快速更新和顯示及運(yùn)算。

這種模式下，客戶可以自行調(diào)整波形刷新的幀率。也可以自由設(shè)置觸發(fā)方式和位置，并得到快速的波形響應(yīng)。

在示波器模式下，客戶不需要考慮采樣率和存儲(chǔ)深度，只需要考慮當(dāng)前屏幕顯示的時(shí)間跨度，也就是時(shí)間檔位就可以。示波器會(huì)根據(jù)當(dāng)前的時(shí)間檔位自動(dòng)調(diào)整采樣率和存儲(chǔ)深度達(dá)到最合適的效果，兼顧效率和準(zhǔn)確。所以LOTO示波器的存儲(chǔ)深度是變長(zhǎng)的。

在這個(gè)模式下，LOTO示波器還提供了500幀的PC緩存功能，還提供了余暉功能。這兩個(gè)功能記錄多幀的數(shù)據(jù)和波形，分別橫向排開(kāi)顯示以及垂直疊加顯示。相當(dāng)于500個(gè)當(dāng)前存儲(chǔ)深度的存儲(chǔ)，比如當(dāng)前是128K的存儲(chǔ)深度的話，打開(kāi)PC緩存功能相當(dāng)于60M的深度了。并且這些數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出到電腦文件，也可以導(dǎo)入到LOTO示波器的軟件中重現(xiàn)出波形進(jìn)行分析，也可以逐幀導(dǎo)出成文本文件或者電子表格文件。

這500個(gè)存儲(chǔ)深度之間仍然是有死區(qū)時(shí)間的，采用高的波形刷新速率時(shí)，這個(gè)功能可以極大提高異常波形的發(fā)現(xiàn)概率。這就有點(diǎn)像下一個(gè)模式分段存儲(chǔ)模式了，我們后面介紹。

LOTO示波器可以選擇將示波器模式切換為采集卡模式，如下圖所示：

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這個(gè)模式下，客戶手動(dòng)選擇采樣率，以及選擇適合的緩沖區(qū)(相當(dāng)于存儲(chǔ)深度)大小進(jìn)行采集。選擇好之后點(diǎn)擊采集，就開(kāi)始持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間采集，直到填滿整個(gè)選定的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)最長(zhǎng)可以設(shè)定為250兆字節(jié)，如果是雙通道采集，那么整個(gè)采集過(guò)程所需要的時(shí)間為緩沖區(qū)大小除以2再除以采樣率。比如，使用2.4M采樣率，緩沖區(qū)為250M，采集1KHZ的正弦波，那么會(huì)持續(xù)采集60秒，大約1分鐘的波形數(shù)據(jù)并繪制在屏幕上，采集過(guò)程中會(huì)顯得很卡頓，設(shè)置長(zhǎng)時(shí)間不更新波形，會(huì)有進(jìn)行中的指示標(biāo)識(shí)：

需要耐心等待采集結(jié)束，結(jié)束后如下圖所示。

這樣1分鐘的數(shù)據(jù)放在屏幕上，多數(shù)情況下會(huì)顯得非常密集，比如圖上就有6萬(wàn)多個(gè)周期的波形，我們可以放大了逐個(gè)觀察分析一般憑借肉眼和工程師耐心，人最多看不超過(guò)1000個(gè)周期就崩潰，也就是說(shuō)你可查看的最大波形周期是1000個(gè)，也就是千分之一的概率，對(duì)于1ppm的異常，肯定無(wú)法看到。現(xiàn)在可以按照條件搜索，但是條件呢？是脈沖，還是邊沿缺陷，還是過(guò)沖？你無(wú)法預(yù)知，也就無(wú)法搜索，按照各種條件搜索，需要花費(fèi)不少時(shí)間，也會(huì)出差錯(cuò)。有些情況下，使用模式1的示波器模式快速刷新波形，一旦看到波形異常閃過(guò)，可以立刻停下采集，在過(guò)去的500幀緩存里面找到它。

長(zhǎng)存儲(chǔ)會(huì)帶來(lái)計(jì)算處理要求的提高，如果同樣的處理器，數(shù)據(jù)多了處理時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，波形捕獲率就會(huì)變得非常慢。為了方便這種長(zhǎng)時(shí)間大數(shù)據(jù)量的采集后期分析，我們可以把采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出成數(shù)據(jù)文件，如下圖所示：

然后在1示波器模式下導(dǎo)入進(jìn)來(lái)，變成500幀的分段波形，總數(shù)據(jù)量是250M字節(jié)，可以方便的逐一查看分析，如下圖所示：

如上圖所示，LOTO示波器這樣的設(shè)計(jì)兼顧了長(zhǎng)時(shí)間采集的優(yōu)點(diǎn)，又盡量彌補(bǔ)了后續(xù)分析查看的不便。LOTO示波器不但可以將采集卡模式使用在2通道示波器模擬信號(hào)輸入情況下，也可以使用在雙通道合并采集的情況下，也可以使用在邏輯分析儀數(shù)字通道輸入的情況下，并且都可以導(dǎo)出文件并導(dǎo)入到PC緩存里分段分析。一旦導(dǎo)入到PC緩存里，就可以重現(xiàn)出波形進(jìn)行分析，也可以逐幀導(dǎo)出成文本文件或者電子表格文件。

在前面提到過(guò)，在示波器模式下，開(kāi)啟PC緩存功能，基本上就相當(dāng)于有了500段的分段存儲(chǔ)能力了。這種分段存儲(chǔ)模式有一個(gè)特別典型的應(yīng)用場(chǎng)景：低占空比脈沖或猝發(fā)信號(hào)。信號(hào)與信號(hào)之間有較長(zhǎng)的空閑時(shí)間，很多情況下，即使有較大的存儲(chǔ)，或者通過(guò)降低采樣率的方式也很難達(dá)到想要的采集時(shí)長(zhǎng)，想象一下，一天之內(nèi)可能出現(xiàn)100次，每次出現(xiàn)的信號(hào)很尖銳很短促需要很高的采樣率去抓取，示波器有再大的存儲(chǔ)也不可能存儲(chǔ)一天數(shù)據(jù)，采樣率降的再低也不可能抓到所有的100次信號(hào)，而分段存儲(chǔ)卻可以很好的完成。

如上圖所示，分段存儲(chǔ)在高采樣率采集過(guò)程中進(jìn)行多次觸發(fā)，對(duì)每次觸發(fā)采樣得到的數(shù)據(jù)存放到將存儲(chǔ)空間分成的一段一段小的存儲(chǔ)中。示波器觸發(fā)一次填充一個(gè)段，段與段之間的空閑信號(hào)或信號(hào)不感興趣的部分沒(méi)有被采集和存儲(chǔ)。

還有一種常見(jiàn)的場(chǎng)景特別適合分段存儲(chǔ)功能發(fā)揮獨(dú)特作用的是串行總線分析——串行總線以數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行傳輸，包與包之間空閑時(shí)間會(huì)占用示波器寶貴的存儲(chǔ)資源，采用分段存儲(chǔ)，示波器可以只采集數(shù)據(jù)包，空閑時(shí)間不采樣。在保持較高采樣率下，還可以采集較多的數(shù)椐包，方便解碼分析。接下來(lái)我么看一個(gè)LOTO示波器使用分段存儲(chǔ)采集和解碼這樣的串行總線的案例。

如上圖所示，串口RS232每隔200ms（如果要效果更明顯可以設(shè)置更長(zhǎng)，比如1分鐘間隔）會(huì)發(fā)送一串?dāng)?shù)字，0000000一直到999999999并且循環(huán)發(fā)送。我們開(kāi)始觸發(fā)和500幀的PC緩存功能作為分段存儲(chǔ)。

我們看到上圖所示，分段存儲(chǔ)的第6幀，數(shù)據(jù)是0000000，并且解碼出來(lái)了。下圖第7幀，數(shù)據(jù)是1111111，并且解碼出來(lái)了。

下圖分段存儲(chǔ)的第8幀，數(shù)據(jù)是2222222，并且解碼出來(lái)了…

這樣一直到最后，每幀被捕獲一個(gè)數(shù)據(jù)包，并且解碼出來(lái)，一直可以捕獲500幀不遺漏,不論整個(gè)發(fā)送過(guò)程如何漫長(zhǎng)。