前言
不论是对通信系统进行一致性测试，测量网络抖动，检验实验室设计的信号完整性，还是加快生产线的测试程序，掩模或模板测试都为多数数字示波器提供了一个使用简便、节约时间的工具。掩模是一个可以加载到示波器，并作为基准与被测器件(DUT)发出的输入信号进行对比的模板，通过定义输入信号不得相交的区域，掩模显示波形可以接受的边界。如果输入信号超过掩模的边界，比较或掩模测试结果为不合格。掩模测试可以在一个比较中迅速完成多项测量，同时为测试合格或不合格提供重要的可视化反馈信息。可以用来测试波形的掩模类型包括业内标准一致性测试定义的标准掩模、为“极好”或已知良好的信号自动发生的掩模、在PC上发生并加载到示波器用户定义的掩模等。
通信一致性测试
在当前迅速变化、竞争激烈的通信行业中，将多家制造商生产的数字设备连接起来非常关键。这必然要求针对业内标准进行一致性测试，以保证各个元器件之间的互操作能力。
随着对电信系统需求的提高，测试已经成为保证最低中断时间的关键。工程师需要迅速、简便地检验网络组件的设计，如交换机、多路复用器、中继器和路由器。为了检验是否兼容业内标准，必须测量多个电信信号参数。许多标准中已经包含了这些测量指标，如北美标准(ANSI T1.102)、国际标准 (ITU-T G.703)和以太网标准 (IEEE 802.3)。对于DS1或DS3之类的脉冲信号，ANSI标准列明了脉宽、最大振幅、过冲、下冲和脉形等测试参数。
通过使用示波器、同时使用掩模或模板，可以简便地完成所有这些测量，而不必进行四次或五次单独的参数测量。掩模通常包括上边界线和下边界线，如果输入信号位于掩模之内，亦即位于两个边界线之间，那么所有参数都位于可以接受的容许误差范围内，信号通过一致性测试。但是，如果信号的某个部分落在掩模外面，则测试不合格。
正如早期的示波器测量要求计算格线及进行数学精算一样，早期的掩模测试也包括使用油笔在示波器显示屏上画出掩模，或使用一张包含掩模的幻灯片胶片，投影显示屏上。这种粗糙、不准确的目测方法现在已经被数字示波器代替，因为数字示波器不仅能够显示掩模的上下边界线，而且可以对采集的信号执行非常精确的自动合格/不合格测试。
在安捷伦Infiniium系列示波器中，示波器创建一个数据库，为波形查看区域中的每个像素提供唯一的位置，从而完成掩模测试。数据库中的每个位置都具有一个21位计数器(最大计数超过200万)，当输入信号的一个点在波形查看区域中显示一个像素时，该像素的计数器会递增。在掩模测试过程中，代表超出掩模区域像素的任何数据点都会导致掩模测试失败。示波器的数据库在每次触发输入信号时不断构建，直到关闭掩模测试。还可以在直方图分析和颜色渐变余辉中使用示波器的数据库，以进一步增强故障的统计分析。
作为数字示波器典型的电信掩模测试选件，Infiniium的电信掩模套装选件为20多种标准电信掩模提供全面的电子掩械测试，如DS1、DS3和STS1。在示波器的显示器上可以显示任何标准掩模。
安捷伦还提供自动调整功能，以加快设置过程。一般来说，它将调整示波器的水平和垂直设置，以把信号与掩模对齐，并建立触发标准。示波器可以自动执行快速搜索，找到掩模与测试信号的最优匹配，几乎不需要手动示波器调整。然后可以使用掩模，通过示波器的合格/不合格测试功能，查看输入信号是否满足一致性标准。一般来说，掩模测试将表明波形测试及发生的任何故障的数量。此外，示波器屏幕上的可视显示屏将点亮故障区域；落在掩模模板外面的信号部分将被点亮或显示为红色，表明测试不合格。
连接能力是关键
把DUT连接到示波器是通信客户面临的重要问题，必需使用示波器，把输入阻抗与被测器件的阻抗匹配。对于差动通信信号，必须转换成单端电压，以便用示波器进行测量。
以往，许多通信工程师必须使用自己设计的适配器，把示波器连接到设备上。但现在，示波器通信套件可以包含所需的适配器。例如，Infiniium掩模套件带有一个AC耦合的均衡适配器，通过为信号提供100欧姆、110欧姆或120欧姆端子，可以连接到差动通信信号，还把各种连接器样式 (bantam, RJ48C和Siemens)适配到示波器的50欧姆BNC输入。使用内置的三路开关选择端子阻抗，示波器的自动探头接口则可以识别适配器；DC耦合的不平衡适配器把通信信号(如DS3和E3)连接到示波器的50欧姆BNC输入。这些连接器增加了用户信心，保证了DUT连接的可靠性，并提供精确的测试结果。
包括眼图在内更多掩模
除简单的上下边界掩模外，眼图测试也很有用，这是数字系统性能的定性指标。在连续扫描中，随机位图会构成一个可能的位图序列和转换的合成图片，生成一个眼图。触发源是一个没有显示的稳定时钟。脉冲中央的大型张开区域称为张开程度，其顶部值为1，底部值为0。脉冲中央顶部和底部的距离为眼高，转变之间的距离为眼宽。
通过颜色渐变余辉，可以获得信号的统计特点。颜色渐变余辉采用不同的颜色，表示显示器上一个像素已被点亮的次数，从而可以及时估计信号中事件的发生频率。这比普通显示器提供了更多的可视信息，在通信中，可以用来构成和查看眼图。使用示波器构成眼图和直方图为测量抖动提供了一个非常精确的方式，抖动可以定义为距理想状态的相位偏差或定时偏差。在数字通信系统中，抖动可能会导致误码率。对数字设计工程师，时钟和输入数据边沿之间的抖动可能导致数据传送不准确。在某些示波器中，眼图测试和直方图可以在输入信号上进行精确的统计测量。可以水平或垂直显示直方图，使用垂直直方图测量电压噪声或眼图1和0电平，水平直方图则测量定时抖动或确定眼图交叉的区域。
高速数据通信测试
另一类示波器是高速取样示波器，它们有助于高速数字通信工程师处理先进的光纤和高端技术。这些示波器具有50 GHz的带宽、低噪声及内置的电信测试功能，通信工程师可以处理每秒千兆位的数据速率，查看和测试数据传输。标准实时数字示波器在一次触发中捕获和显示整个事件，与标准实时数字示波器不同，取样示波器的专门结构要求重复信号，因为它在每次触发事件中只能捕获一个数据点。这种示波器要求数百次触发来构建一个波形，但精度非常高，从而实现极高的带宽指标，为通过具有光输入和电输入的示波器测量高速数据信号提供了理想的解决方案。
用户定义的掩模测试
某些标准没有规定掩模定义，而可以把已知的良好信号作为“黄金”标准，对这些标准，可以简便地生成一个用户定义的专用掩模。例如，大多数示波器现在提供了“自动掩模”功能，从已知的良好信号开始，规定垂直和水平容限，示波器的软件算法在显示器上自动生成一个与信号有关的测试包络。这个包络可以存储为掩模，以备将来调用，根据这一用户定义的标准进行掩码测试，可以对测试包络中新输入信号进行合格/不合格比较。
改变容限，可提供自定义的测试规范，也可以从标准掩模开始，针对特定测试修改掩模。某些示波器的电信掩模是简单的文本文件，可以使用字处理或数据处理软件在PC上简便地进行修改，然后把修改后的新掩模重新加载到示波器中，完成客户掩模测试 。
研发工程师每天都要处理信号完整性问题，由于能够生成用户定义的掩模，因此可以节约时间。信号完整性是指信号以适当的时间和电压作出反应的能力，可能源于集成电路在设计中放置不当、端接器件或高速信号路由不正确等，导致设计产生不良的数据输出、发生间歇故障或根本不能运行，并显示假触发、振铃、过冲或下冲，或表现出设置和保持时间问题。
如果信号以要求的时间、持续间隔和电压到达，那么设计方案拥有良好的信号完整性。研发工程师为了迅速测试信号完整性，可能需要使用掩模，这种掩模围绕着已知良好或“黄金”输入信号设计了可以接受的容限，然后通过与用户定义的掩模一起进行掩模合格/不合格测试，对系统进行精确的统计分析。同样，生产工程师将发现，能够在一次测试中测试多项参数，可以加快生产线的吞吐量。用户定义的具有可接受容限的单一掩码可以在一次测试中测试所有参数，而不必进行四次或五次单独的测量，如Vmax、Vmin、时期、上升时间和下降时间。
结语
不论是在通信一致性测试，还是在生产线中，更快、更精确的测试可以保证设备运行实现更高的置信度，最终实现更高的客户满意度。由于自动化系统能够在长时间内存储测试结果，因此用户可以节约成本，改善客户满意度，并使用存储的数据，分析性能的长期发展趋势。这些信息可以帮助设计人员改进产品，预防设备故障。自动测试节约了时间和成本，实现了更好的文档编制能力，帮助设计人员和制造商制定、评估和维护设计方案，最终为客户提供最优的产品。■
摘自《电子产品世界》
