使用示波器的信号处理功能进行P/F测试

通过/失败(P/F)测试是示波器的一项分析功能，可显示波形是否符合所定义的标准，这些标准由一个或多个限定条件定义，以判断波形是否符合标准。

限定条件（称为Qn）分为两大类：掩模测试或参数比较。掩模测试将捕获到的波形采样值与预定义的模板或掩模进行比较，以确定波形样本是落在掩模范围内还是外部。参数比较有两种方式：一是基于被测波形，将测量值与预定义值相比较（参数比较）；二是与另一个测量参数相比较（双参数比较）。对于多个限定条件（Qn），每个可分别使用任一方法。可先在“P/F”对话框中选择这些条件，并定义哪些结果导致通过或失败的状态，然后确定应该采取的操作。图1是一个简单的掩模测试示例。这种测试在大多数中高端示波器上都可用。

图1:一个简单的掩模测试装置。当任何样本落在掩模之外时停止采集。红色异常标记表示掩模外部的样本。测试摘要用于显示完成的测试数量、通过的测试数量以及失败率。

对于该测试，限定条件Q1被设置为波形C3的掩模测试。限定条件数量随示波器型号而变化。该示波器支持多达十二个限定条件。如本例所示，可以使用基于波形的掩模或使用行业标准掩模来进行掩模测试。行业合规性测试通常为测试掩模提供测试软件。掩模测试可以选通，从而将测试范围限制在迹线的某一部分。

P/F限定条件能够以多种方式组合，以确定测试是否通过或失败。它还支持子群的逻辑组合，在测试中提供极高的灵活性。

P/F测试允许设计人员和技术人员根据其产生的波形测试器件。该测试还可以应用于数学推导的函数，如快速傅立叶变换（FFT）、参数轨迹或信号包络。

考虑测试雷达脉冲。如图2所示。这是一个1GHz载波的雷达脉冲编码(Chirp)信号。

图2:使用门控选通可以将基于测量参数值的测试限制在瞬态波形的活动部分。在本例中，由虚垂直线表示的测量通道包含波形的测量区域。

调制瞬态波形，如雷达脉冲，很难测量，因为它们由有源元素和无源死区组成。只有在波形处于活动状态时才需要进行测量。示波器支持使用门控测量瞬态波形。用户在波形的动态部分放置测量通道光标，测量仅限于光标之间的区域。在本次测试样例中，频率测试发生在通道光标之间的区域，即脉冲两侧虚垂直线显示的区域。

脉冲的频率平均为1.000013 GHz，但其最小和最大值的范围为985.3 MHz至1013.5 MHz，这可能符合脉冲编码信号所期望的频率值。测量通道将测量值限制在脉冲范围内，而忽略脉冲幅度为零的噪声基线信号。该测试还测量另一个测量参数，即峰间振幅。可以启用P/F测试来测试这些参数的状态。然而，波形非常复杂，可能需要考虑其它测量方式。可以考虑使用确保信号对称的测试方式，即脉冲包络的上升时间和下降时间是相同的。 基本测量参数不起作用，因为没有可直接读取的参数来测量该特性。

通过对脉冲进行幅度解调来抽取信号包络是可能的。然后可以将参数应用于解调的包络，如图3所示。这是在调制域中观察信号。 

图3:利用解调函数来确定雷达脉冲幅值包络20-80%的上升和下降时间，并测试它们之间的差距在1ns以内。

利用下方网格显示的数学迹线F3中的解调数学函数抽取雷达脉冲的幅度包络。将20%-80%上升时间和下降时间参数应用于包络，测量结果显示为参数P5和P6。基于这两个参数的比较，在测试条件Q3下已经设置了P/F测试。测试标准是20%-80%的上升时间和下降时间应在1ns的误差范围内。参数比较是一种相对较新的测试条件，它不以参数的绝对值为基础，而是以其相对值为基础，即在容错范围内较大、较小或相等的值。

对于本测试，仅使用12个可用的限定条件之一（Q1到Q12），但可以设置其它测试，所有12个限定条件都可用于确定产生测试失败或通过的结果。

也可以根据其它调制域信息进行结构化测试。chirp 是雷达载波的线性调频信号。可以通过再次解调脉冲来跟踪频率扫描的变化，这次使用的是频率解调。分析结果如图4所示。下方的网格包含频率解调波形。如先前测量的，频率在985.3 MHz到1013.5 MHz范围内呈线性变化。解调函数只适用于脉冲非零的区域。已在扫描的线性部分周围创建了一个掩模（蓝色覆盖层），可再次借助通道对其进行控制，这次将其应用于掩模测试。迹线中每个点的掩模垂直范围是50kHz。 每个采样点的等效时间增量为100ns。确保所有采样点都在模板内，这样测试测试保证频率扫描是线性的。

图4：使用频率解调以通过在解调后的波形周围创建掩模来测试雷达线性调频的线性度。

检查波形的另一种方法是通过示波器的FFT在频域中对其进行查看。该方法将显示波形作为频率的函数。如图5所示。

雷达线性调频信号FFT如图右下方网格所示。它显示了以1 GHz为中心的信号频谱。 光谱形状具有角度调制信号的特征，在这种情况下是频率调制。注意，由于雷达脉冲的瞬态特性，FFT加权函数使用矩形加权。宽而平坦的顶部表示频率的变化。FFT响应可以使用掩模测试进行测试，就像对雷达信号的调制域视图进行测试一样。通道用于选中包含较大功率级的频率。掩模显示为灰色覆盖区域。所有这些测试可以组合在一起，使最终测试包含以下限定条件: 

FFT迹线都在覆盖的掩模内。

频率解调信号在相关掩模中完全包含线性频率扫描。

调制包络20-80%的上升和下降时间等于一纳秒。

脉冲的峰间振幅等于147 mV±10 mV。

图底部的测试摘要视图表明，所有需要测试的条件都通过了该采集。这个测试是在Teledyne-LeCroy WaveMaster级示波器上完成的。而不同的示波器具有不同的功能。用户应咨询示波器供应商，以确定特定型号的测试能力。

图5:使用FFT添加频谱图，完成时域、调制域和频域的测试元素：使用四个测试结果的逻辑组合来整合四个单独的测试。摘要视图显示所有测试元素都已通过。

使用示波器信号处理功能的P/F测试可以提供非常灵活的测试范围，即使是最复杂的信号。

P/F测试对开发期间的少量器件测试有所助益，同时也可以在生产期间在自动化测试环境(ATE)中使用。在示波器中进行ATE测试通常要快一些，因为只需要传输测试结果，而不是把所有的信号都送到测试控制器中，然后离线处理数据。

(参考原文： Pass/fail testing using an oscilloscope’s signal processing capabilities)

责编：Amy Guan

本文为《电子工程专辑》2020年2月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅