嵌入式技术应用

嵌入式技术的发展，在汽车电子、消费电子和混合信号设计中，尤为突出和复杂。汽车电子中采用了许多串行总线，需要把这些复杂的控制单元联合在一起进行数据通信。这些总线具有代表性的是CAN、LIN、FlexRay和 MOST 等更高速的总线。CAN总线因为其可靠性、实时性而被普遍采用。

早期设计都是依靠纯模拟信号实现，而现在越来越多的功能都需要借助于数字技术，但关键的数字单元，又需要用模拟信号来控制，所以这种系统中既有数字信号，又有模拟信号，形成了混合信号设计。数字信号和模拟不需要太孤立来看待，高速数字信号中的完整性问题，其模拟特性会在高速中体现更明显，对信号的质量影响更大，

数字测试领域的发展

数字测试的领域发展趋势主要呈现四个方面，第一，FPGA被普遍采用，产品设计由电路设计转而集中到对FPGA芯片的设计；第二，串行总线的应用，过去的数字信号由并行总线传输，而传统并行总线为了提高吞吐率，不断的发展带宽，引起了很多弊端，使布线变得复杂，并且总线之间的串扰变得尤其突出。串行总线可以节省空间，降低了布线难度，但因为以帧结构来传递信息，用传统的示波器很难捕获，所以对测试带来新的挑战。第三是高速设计的演进，过去的数字信号是低速、低频设计。目前高速数字信号在很多的领域普遍应用，PC中就包含了SATA PCIE USB等总线，但高速信号需要测量信号完整性，提供从物理层一直到协议层的测试。第四，传统的雷达和无线通讯设计，不再依靠模拟实现，都由数字化实现。其实无论是那个领域，信号本身的不断发展变化，由模拟向数字转换，数字速度由慢向快转化，都对设计和测试提出挑战，过去的测试手段已经不能满足当今技术的要求。

FPGA测试

很 多人在设计中并不作FPGA测试，他们认为现在的FPGA仿真工具越来越完善，用仿真软件来把逻辑仿真通了，便不需要再测试了。其实这是很片面的做法。现在的故障往往变得复杂和隐蔽，当把FPGA设计放在电子板中，和其他设备互操作之后，往往就会出现包括信号完整性、干扰、信号不匹配等诸多问题，所以系统级测量非常必要。FPGA测试需要多种工具实现，单一示波器、逻辑分析仪很难发现问题，需要多种手段配合才能找到偶发性的问题。

图1 FPGA测试过程（略）

传统的FPGA测试，是把内部节点通过编辑引导至外部管脚，再接到逻辑分析仪端口上去，通过仪器测量，这样一对一的测试手段：一个节点 一个管脚 一个通道，变得越来越难以实现，因为管脚资源越来越紧张，而且高速信号的引导在布线上很复杂。所以安捷伦与Altera、Xilinx两家公司合作推出了创新的解决方案--FPGA动态探头。将两家公司提供的IP核插入到芯片上，可以实现一对多管脚，最终以很少量的外部管脚实现内部更多的节点测试，大大减少资源利用。

射频微波的测试

过去的模拟部分占有大量资源，前端功放、滤波器、天线等等，都是用模拟器件实现的，现在扩展到数字信号，AD速率越来越快，可以把数字信号延伸到天线，软件无线电的发展趋势就是数字信号离天线越来越近。以后将是一个模拟的前端，后面全是数字信号软件无线系统。数字信号占的比重越来越大，要有新的测量方法。过去的模拟信号用示波器，矢量信号分析仪。而现在数字信号用传统仪器测不出来，如果用逻辑分析仪，不管用二进制或者十六进制显示，捕获的数字很抽象。安捷伦提出了Digital VSA的概念，过去的VSA矢量信号分析，主要针对模拟信号的分析，现在由于实现的方法变了，所以提出数字VSA的概念。结合逻辑分析仪的捕获信号特性，加上VSA软件，进行矢量信号的分析，可以看到0和1真正表示什么含义，比如频率、调制的质量都是通过测试实现。

汽车电子的测试

汽车电子信号中采用了许多串行总线，对汽车电子的测试演变为对CAN、LIN、FlexRay和 MOST等更高速总线的测试。在测试中用户发现最大的难题是如何完整的捕获到传输中的帧，包括错误帧、数据帧、校验帧等。针对复杂的信号，安捷伦在示波器上用硬件的方法来实现触发功能，根据特定的帧请求，用Remote ID设定触发。基于CAN总线是基于信息而不是基于地址的特性，通过选择来找到想捕获的信号。

图2 汽车中复杂的总线结构（略）

安捷伦混合信号示波器MSO6000系列，专门为混合信号测试而开发，四个数字通道和十六个模拟通道有机的结合在一起，构成混合性的仪器。其中示波器的显示，逻辑波形的采集电路是一体化设计的。安捷伦MS基于硬件实现的，不丢帧、速度快、实时解码。对于捕获到的CAN信号，可以在下面同时显示解码结果，包括ID、数据的长度、校验码等不同数据类信息，并且可以实时统计一共捕获了多少帧，有没有误帧率、过载等情况。这些信号的捕获对于CAN测试来讲非常重要。

在嵌入式设计当中，很可能不止会包含一种串行总线。比如在引擎控制中，既有SPI总线，又有CAN总线。SPI总线和I 2 C总线负责芯片间的通信，而CAN、LIN总线是远距离通信总线。这些总线都可以用安捷伦MSO同时观察到。可以在同一时间段，将同时发生的事情，同频捕获。

针对高速串行总线，安捷伦也提供了协议级的分析手段。硬件基于带有分析探头附件的逻辑分析仪，通过分析探头引到逻辑分析仪，实现将高速串行转成并行总线。最终以协议分析仪的方式显示捕获到的信息。

安捷伦逻辑分析仪和示波器

作为故障调试来讲，光有单一的工具不能解决，需要几种组合到一起才行。安捷伦提供了故障诊断的方法，可以将示波器和逻辑分析仪通过BNC或者LAN接到一起，达到相互触发、时间相关的整体测试系统，这种跨域的分析概念是在1980年代由惠普提出的。实际上除了这种跨域的分析用两台仪器实现，而新的解决方案提供了混合信号示波器。两种方案各有各的特点，不能互相取代。混合信号示波器可以实时更新波形，更新的速度非常快，而两台仪器只能单次特定时间波形。混合信号示波器针对硬件的工程师，而跨域分析针对硬件和软件、协议等方面。

现在的触发功能针对许多复杂的信号很难描述，去捕获。安捷伦推出的新的软件InfiniiScan，与硬件结合，专门抓信号的故障，信号完整性问题都可以通过它去捕获。InfiniiScan提出画图的方法，平常只要能看到一个异常信号，画出来就可以捕获，发展到更高的层次。