隨著系統(tǒng)速度不斷提高及設(shè)計(jì)不斷縮小，電路設(shè)計(jì)人員保持信號(hào)的理想數(shù)字特點(diǎn)正變得日益困難。電路中的速度越來(lái)越高、電路越來(lái)越密，引起了一系列非預(yù)期的電氣事件，影響著電路操作。部件放置、走線(xiàn)布局、噪聲和小信號(hào)變化，都在日益影響著高速設(shè)計(jì)。例如，當(dāng)電路在上GHz的頻率上運(yùn)行時(shí)，走線(xiàn)電感在設(shè)計(jì)中就顯得更為重要。

工程師必須迅速找到和分析噪聲、建立時(shí)間和保持時(shí)間超限、毛刺、亞穩(wěn)定問(wèn)題、總線(xiàn)爭(zhēng)用、抖動(dòng)和其它信號(hào)問(wèn)題。在觀察信號(hào)行為，查看有問(wèn)題的高速數(shù)字信號(hào)的模擬表示時(shí)，許多數(shù)字問(wèn)題確定起來(lái)要更加簡(jiǎn)便。

盡管問(wèn)題可能表現(xiàn)為數(shù)字脈沖放置錯(cuò)誤，但問(wèn)題信號(hào)的根源可能與信號(hào)的模擬特點(diǎn)有關(guān)。在低幅度信號(hào)變成假邏輯狀態(tài)時(shí)，或在低速上升時(shí)間導(dǎo)致脈沖在時(shí)間上發(fā)生位移時(shí)，模擬特點(diǎn)可能會(huì)變成數(shù)字問(wèn)題。在觀察數(shù)字脈沖流時(shí)，查看同一脈沖的同時(shí)模擬視圖，是調(diào)試這些問(wèn)題的第一步。

噪聲是指數(shù)字系統(tǒng)中不想要的任何信號(hào)。傳輸線(xiàn)、地彈、反射、串?dāng)_、振鈴、波傳播都是越來(lái)越密、速度越來(lái)越快的芯片給當(dāng)前電路設(shè)計(jì)帶來(lái)的噪聲問(wèn)題。由于邏輯中擁有更快的上升時(shí)間(幾volts/ns的轉(zhuǎn)換速率)，工程師經(jīng)常要調(diào)試上升時(shí)間小于1ns的高速設(shè)計(jì)。

傳輸線(xiàn)效應(yīng)

在信號(hào)沿著線(xiàn)路來(lái)回傳播的時(shí)間超過(guò)完成轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間時(shí)(在2Tprop>Trise時(shí))，連接可以作為傳輸線(xiàn)對(duì)待。

對(duì)FR4材料制成的典型電路板來(lái)說(shuō)，其傳播速度約為15cm/ns。在1ns的上升時(shí)間時(shí)，比7cm長(zhǎng)的任何軌跡都可能會(huì)產(chǎn)生傳輸線(xiàn)效應(yīng)。由于反射和振鈴，源信號(hào)和目的信號(hào)(接收端)通常不同。在測(cè)量這些速度的信號(hào)時(shí)，探測(cè)線(xiàn)路的接收端非常重要。

振鈴和反射

阻尼不足的諧振電路可能會(huì)導(dǎo)致振鈴和過(guò)沖。電源旁路不足、連接到設(shè)備的電源線(xiàn)和地線(xiàn)太長(zhǎng)、探測(cè)技術(shù)差，都會(huì)引起振鈴和過(guò)沖。不匹配或未端接線(xiàn)路的反射會(huì)導(dǎo)致毛刺或其它轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

這些效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致不想要的狀態(tài)轉(zhuǎn)換或定時(shí)不確定性。某些數(shù)字電路會(huì)不頻繁地重復(fù)碼型。擁有充足帶寬和取樣速率的數(shù)字示波器可以輕松地實(shí)時(shí)捕獲這些不重復(fù)的事件。

探頭和探測(cè)技術(shù)影響著測(cè)量質(zhì)量。高電容負(fù)荷可能會(huì)降慢信號(hào)邊沿，在產(chǎn)生某些問(wèn)題的同時(shí)，也會(huì)掩蓋某些問(wèn)題。讓探頭接觸電路節(jié)點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致某種癥狀消失。來(lái)自探頭地線(xiàn)的電感和來(lái)自探頭輸入的電容，會(huì)構(gòu)成表現(xiàn)為振鈴的串聯(lián)諧振電路，除非諧振頻率提高到示波器帶寬以上。

縮短探頭地線(xiàn)及降低輸入電容，可以提高諧振頻率。傳統(tǒng)探頭的負(fù)荷電容可以高達(dá)10-15pF。有源探頭減少了這一問(wèn)題。

帶寬和取樣速率對(duì)查看反射來(lái)說(shuō)非常重要。上升轉(zhuǎn)換的反射位于轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)。對(duì)時(shí)鐘信號(hào)，這可能會(huì)導(dǎo)致定時(shí)不確定性，或在時(shí)鐘輸出中導(dǎo)致抖動(dòng)。

地彈

地彈是接地線(xiàn)中的電流尖峰導(dǎo)致的設(shè)備接地參考中發(fā)生的位移。在設(shè)備上多個(gè)輸出同時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)，它們會(huì)生成大的瞬時(shí)接地電流。搭接線(xiàn)、地線(xiàn)和回路中的電壓跌落會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的接地電位“反彈”超過(guò)系統(tǒng)接地。開(kāi)關(guān)或未開(kāi)關(guān)的輸出中振鈴或毛刺過(guò)多，可能會(huì)在其它設(shè)備中導(dǎo)致不想要的轉(zhuǎn)換。地彈甚至可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備丟棄數(shù)據(jù)。

串?dāng)_

這通常是數(shù)字設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，其中異步線(xiàn)路耦合到時(shí)鐘線(xiàn)路中。串?dāng)_會(huì)導(dǎo)致假轉(zhuǎn)換或“上拉”時(shí)鐘邊沿，產(chǎn)生定時(shí)誤差或建立時(shí)間和保持時(shí)間超限。在上升時(shí)間加快時(shí)，程序會(huì)惡化。長(zhǎng)探頭地線(xiàn)會(huì)讓您看到“假串?dāng)_”，因?yàn)殚L(zhǎng)地線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生大的電路環(huán)路。

在示波器上觀察串?dāng)_時(shí)，應(yīng)考慮通道數(shù)量、取樣速率和帶寬。為在DPO上實(shí)時(shí)捕獲信號(hào)，應(yīng)在所有通道上設(shè)置充足的取樣速率。

例如，在電路板走線(xiàn)上的快速轉(zhuǎn)換信號(hào)耦合到(以電容方式和電感方式)附近信號(hào)路徑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。

在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)考慮三種串?dāng)_模式：電感(或變壓器)耦合的串?dāng)_、后向串?dāng)_和前向串?dāng)_。

當(dāng)脈沖在線(xiàn)路(入侵者)上傳播時(shí)，其會(huì)使用電流尖峰改變下一個(gè)位置，感應(yīng)一個(gè)磁場(chǎng)，從而發(fā)生電感或變壓器耦合的串?dāng)_。這個(gè)磁脈沖又會(huì)在第二條線(xiàn)路(受害者)上感應(yīng)一個(gè)電流尖峰。變壓器在前向產(chǎn)生兩個(gè)極性相反的電壓尖峰，在后向產(chǎn)生兩個(gè)正的尖峰。

后向串?dāng)_是受害者線(xiàn)路在源方向上擴(kuò)展的相同極性之和。它被視為小的寬脈沖，其寬度相對(duì)于線(xiàn)路長(zhǎng)度。后向串?dāng)_幅度與入侵者脈沖的上升時(shí)間無(wú)關(guān)，而依賴(lài)于互阻抗值。

前向串?dāng)_是兩個(gè)極性相反的脈沖之和，這兩個(gè)極限取決于電容和電感的相對(duì)值。它傳播到原始的入侵者線(xiàn)路。在受害者線(xiàn)路末尾可以看到前向串?dāng)_，是很窄的尖峰，其寬度為入侵者脈沖的上升時(shí)間。入侵者脈沖上升時(shí)間越快，幅度越高，脈沖形狀越窄。前向串?dāng)_依賴(lài)成對(duì)的線(xiàn)路長(zhǎng)度。在串?dāng)_位置沿著入侵者脈沖邊沿傳播時(shí)，受害者線(xiàn)路中的前向串?dāng)_會(huì)收到更多的能量。