逻辑分析仪有大量的输入，但不提供模拟能力，而且难使用。相反，示波器工作是直观的，但示波器通道数不超过4个。混合信号示波器(MSO)解决逻辑分析仪和示波器的基本难题。MSO以熟悉的示波器格式13提供模拟和数字通道。

　　MSO是10年前由HP公司首次推出。比仪器集成了带16个逻辑定时通道的两个或4个一般示波器通道。此后，不少公司推出自己的MSO。例如，LeCroy公司的MS系列MSO，Yokogawa公司的Model DL 9710L，Tektronix公司的MSO4000系列(见表1)。

　　设计平衡

　　MSO不是逻辑分析仪。当今的逻辑分析仪可以达到100个通道以上，用来解决专门的设计问题。对于MSO而言，重要的是它是一个快速被工程技术人员采用的比较简单的仪器。显然，100个通道太多。Agilent公司提供16通道MSO，LeGroy的MS-500-36是36通道MSO，Yokogawa以32通道做为MSO标准。

　　表1 一些公司的MSO

 

　　数字通道可分为显示和触发总线。一个使用方便的特性是在一个以上的总线组中，包含给定通话。此特性允许对一些通道的定时与共同信号进行比较。

　　以故障总线的形式检查几个相关通道可较大地简化很多同时扫描的显示，而且不丢失信息。Yokogawa MSO提供一组数字通道的计算DAC功能，产生逐次数字总线值的多电平波形表示。Tektronix MSO提供跨并行总线的多通道配置和保持检验。

　　DSO(数字存储示波器)具有串行总线译码和触发功能，而MSO是基于DSO基础上，它也具有这些重要功能。四个制造商提供的MSO一个或更多示波器模拟通道可用于此目的。总线处理包括I2C、CAN、SPI、UART、RS-232、FlexRay和LIN。

　　LaCroy公司的MS系列MSO，也像Agilent MSO那样，数字通道可以执行所有串行总线译码和触发功能。Yokogawa的MSO，对于I2C和SPI具有这种能力。TekTronix在这方面，MSO和DSO之间没有什么区别。

　　根据状态和图形触数，触发可跨接20个以上通道。Agilent的Infinium8000系列，用于特定图形或状态触发设置的模拟、数字通道组合没有限制。

　　然而，所有4个制造商的数据手册中，都没有给出数字和模拟通道之间干扰的数据。

　　性能

　　MSO为模拟和数字通道之间的定时关系提供有价值的信息。但需要考虑一些工作限制。

　　理想的MSO应提供至少20个尽可能一致的通道。模拟通道需要一个用于高输入阻抗、快速、高分辨率ADC的灵敏前置放大器。数字通道必须具有足够带宽、快速比较器。这种结构的目的是在ADC和比较器后，同等地处理数据信号。唯一的差别是数字输入的一位分辨率对模拟通道的n位分辨率。

　　现在，MSO的数字输入和模拟输入具有不同特点。Tektronix MSO最大所允许的电压范围是±15V;Agilent MSO是±40V峰值CAT1;此CAT1限定，意味着瞬态过压性能不包含在Yokogawa的非限定±40V额定值。LeCroy的MS-500具有最大±30V额定值。

　　输入阻抗也不同于模拟通道1M?。Tektronix标定为20K?，Agilent为100K?//8pF，LeCroy为100K?//5pF。Yokogawa 100MHz带宽型701980提供1M?//10pF阻抗，250MHz型701981提供10K?//9pF。

　　Agilent和Tektronix标定可以采集的最宽度脉冲为1.5ns(Tektronix)和2.5nx(Agilent Infiniium8000系列)。此宽度所对应的带宽分别为330MHz和200MHz。

　　LeCroy提供3个MS系列型号：MS-500具有18个数字通道，500MHz带宽，2Gs/s最大取样率;MS-500-38提供500MHz带宽，1Gs/s最大取样率和一半的存储器大小;MS-250具有250MHz带宽，1Gs/s最大取样率和每个通道10M点存储器(MS-500和MS-500-36为50M点存储器)。

　　标准逻辑家族的不同阈值是可选择的，根据需要可以编程定制阈值。Agilent、yokogawa和LeCroy的MSO，每个逻辑通道仅一个阈值可选择。Tektronix支持每道阀值选择和编程。

　　除了这些特殊的硬件差别外，所有MSO结构在模拟和增加的数字通道间有一个缝接。MSO简化框图示于图1，但没有示出各个部分的相互影响。关于缝接和引起的问题取决于MSO的特殊型号和如何使用MSO。

　　混合取样率

　　MSO如何处理混合取样率，若同时希望显示模拟通道和数字通道，当模拟取样率增加到大于模拟通道和数字取样率时，会发生什么情况?这对于Tektronix、Agilent Inflniium和LeCroy的MSO是一个共同的问题。Yokogawa的DL9710L MSO，对模拟和数字通道保持同样的最大取样率和跨接所有通道的共同6.25MW存储器大小。

　　Agilent和Infiniinm8000系列MSO，以最大1Gs/s速率取样数字通道、以2Gs/s或4Gs/s取样模拟通道。6000系列MSO以2Gs/s取样8个通道或以1Gs/s取样8个以上通道。6000系列MSO共用模拟和数字通道的存储器，但Infiniinm8000不能。这两款MSO系列，数字和模拟通道的捕获时间相同，而模拟和数字存储器大小之间的关系是自动调节的。

　　Tektronix公司的MSO4000系列，数字通道的最高采样率为500Ms/s。MSO4104的模拟通道最高采样率为5Gs/s。最大存储器大小是每个通道为10MW。

　　然而，模拟通道在开始采集时，不是所有的数字存储器空间可用在高时基设置中。在2ms期间充满10MW与模拟通道(运行在5Gs/s)有关的存储器仅有1MW数字数据可以采集。在采样就绪大于500Ms/s时，混合信号采集不可能用所有的10MW数字通道存储器。

　　LeCroy公司的MS-500提供5Gs/s或10Gs/s模拟通道采样率。

　　四个MSO制造商每一家的MSO都把采样率、采集存储器大小和水平倍率的变化结合在一起，以达到高达200PS/div混合最高时基率。

　　200ps/div时基设置在5Gs/s下，每个分度仅有一个取样。波形的其他99%被窜改。少数DSO在最高时基设置时，采用XGA显示每个分度100points/div。根据100points/div，运行在5Gs/s的MSO，其最快不扩展的时基是20ns/div。

　　此时基对应Agilent MSO的1000点采集或800点采集(最大4Gs/s采样率)。采集越长，完成的时间就越长，自然会限制波形更新率。为了显示在压缩被捕获的数据时，必须相应地标度时基率。例如，为了在5Gs/s显示所有1M点采集，需要20?s/div时基设置。在这些条件下，波形更新率不可能大于5000/S。

　　所以，在最大20ns/div时基设置，Tektronix的MSO4104数字通道每个分度显示10个取样。Agilent的Infiniinm在1Gs/s呈现20点。LeCroy的数字通道和Agilent 6000系列在2Gs/s显示40点，yokogawa的MSO在2.5Gs/s显示50点。

　　通道间的偏离

　　包括在主要制造商MSO中，DSO允许对模拟通道去偏离。恢复探头和通道特定值或手动进行定时标准时，可以使所有4个输入通道和探头的传播延迟差为零。相反，一些MSO不支持数字通道偏离。

　　LeCroy公司的waveRunner和wavesurfer功能，允许数字通道和模拟通道之间的去偏离控制(分辨率0.5ps)。每个模拟通道具有自己本身的去偏离控制。例如，用户可以去偏离通道1到+2.4ns、通道3到-1.5ps和通道4到+100.5ps(相对于数字通道)。数字通道已经匹配，不需彼此间的去偏离。这些匹配通道之间的任何偏离变化与被采集定时沿的定时分辨率相比，可以忽略。

　　Yokogawa公司的DL9710L，忽略模拟通道之间的偏离，然而，模拟通道和数字通道之间的偏离大约为2ns或3ns。因此，DL9710L具有偏离调节性能，允许高达80ns去偏离(10ps分辨率)来校准模拟和数字通道。

　　Tektronix标定数字通道间的偏离为1ns。

　　相反，Agilent公司标定数字通道间偏离为2ns，最大为3ns。用户有能力调节模拟通道偏离和模拟与数字通道间的偏离,但不能调节数字通道本身之间的偏离。

　　通道偏离是重要的参量，因为它具有直接加减实际存在在数字信号中的定时关系。例如，希望了解运行在100MHz时的逻辑竞态条件，其本的时钟率和来自时钟的所有信号都是相当慢速的。然而，传播延迟差别引起的竞态，在100MHz系统容易达到1ns或更小。假若数字通道探测受影响的信号，而且本身偏离1ns或更大，则没有方法可以调整竞态条件。这是一个基本限制。

　　分离采集模式

　　Tektronix MSO4104提供一个高速MagniVu采集系统，在触发事件中心自动捕获每个数字通道的10000点。利用此特性，可以更详细的检查逻辑通道字时，特别是在500Ms/s取样时同时所发生的转移。最高采样率是16.5Gs/s或60.6ps 一个采样。

　　假若4000系统数字通道传播延迟随时间和温度的稳定性足够好，则MagniVu会成为观察信号源漂移的值得注意的工具。它可更详细地示出相对信号定时变化。

　　MSO在内部沿同时采样模拟和数字通道。这意味着在慢时基设置时，偏离可能使一个数字信号呈现在一个完整时基时钟发生之前或另一个时钟之后。随着偏离的降低，发生这样情况的机会会变少。

　　另外，MSO支持外部时钟故障检查。逻辑状态显示意味着这种模拟的存在。然而，状态信息来自定时数据，而不是来自分离的同步采集。通道间偏离量的重要性在异步采集状态数据时，比异步采集定时数据时小很多，这是因为在采样时调整状态。

　　LeCroy的WaveSurferXs和WaveRunneXi在附加输入接受外部时钟信号。所以，理论上，基于这些仪器的MSO可以执行真实的状态分析。Yokogawa的DS9000系列示波器，可以用通道4上的外部时钟信号考核模拟通道1~3上信号组合形成的状态触发。

　　更新率

　　高波形采集率可改善采集断续事件的几率。快速更新率意味着示波器花更多时间在采集和显示信号方面，用较少时间花在内部处理(如数据传输和重新配备)。这会用大部分时间注视着信号，可以发现更多异常现象。

　　Agilent采用硬件基串行总线协议译码。Tektronix和LeCroy采用软件基译码，因此，对于长时间存储器采集用串行总线译码，其更新率是慢的。相反，Agilent更新率保持每秒100,000波形。

　　对于串行总线译码/触发，请注意，人们不希望用某些数字通道性能。例如，大多数MSO可以译码来自数字通道的串行总线信号。但是，数字通道仅给出到信号源的单端连接。某些串行总线，如CAN需要差分探测，所以，需要连接到模拟通道的合适差分探头来直接探测总线。

　　定制MSO

　　若希望MSO功能，但需要6个模拟通道和16个以上甚至36个数字通道。为什么不用组合式仪器来构建一个定制MSO?例如，除同步的模拟和数字输入通道外，一个PXI基系统提供同步输出，通过PXI Express和实际上不受限制的扩展性能来仿真DUT、非常深的板上存储器和高数据传输率。

　　PXI平台路由同一取样时钟到所有通道，保证模拟和数字同步在20ps左右。输出信号共享同样的亚纳秒同步，而且系统根据应用具有可缩放性。

　　典型的NI(National Instruments)系统，根据所需要的通道数可包括PXI控制器和PXI-5152双通道互联，2Gs/s数字器和PXI-6552 100MHz、20通道数字I/O模块。整个测试系统功能由定制LabVIEW程序确定。当然也可以开发你自己的测试程序，这意味着你可以直接针对任何专门的计算或报告生成要求，而在传统MSO中，通常见不到这些情况。

　　假若应用包括几个模拟通道，需要比MSO 8位更高的分辨率采集数据，则可以选择基于GaGe公司Octopus Compu Scope的系统。Octopus是一款8通道数字化器，具有12位或14位分辨率、高达125Ms/s取样率、高达4GB采集存储器，可以同步数字和模拟通道。具有2GB存储器的CompuScope CS3200数字输入卡对于多达32个通道能提供高达100Ms/s取样率。支持跨接数字和模拟通道的触发，但与集成MSO不在同一级别上。

　　结语

　　随着近来推出几款新型号MSO，使MSO的竞争力增强。用户不仅仅有更多选择，而且证实这类仪器的有用性。开发出的这类仪器，用于解决混合信号设计和开发中的专门需求。

　　总之，MSO与DSO一样，在采集模式数和类型、触发条件、信号分析特性和显示能力方面变成多用途仪器。(