R&S RTO 示波器歷史模式：捕捉與分析偶發故障與罕見訊號的關鍵
- Sonya Chan
- 9月14日
- 讀畢需時 21 分鐘
捕捉那些罕見的故障和偶發的訊號，一直是工程師面臨的挑戰，R&S®RTO 示波器透過其獨特的歷史模式（History Mode），支援對這類訊號的擷取與詳細分析，歷史模式讓使用者能夠「回溯」過去的擷取波形，並使用 RTO 強大的分析功能組來檢視，更重要的是，它會為後續分析儲存每一筆波形的精確記錄時間。
1. 前言
由於其多功能性與靈活性，數位示波器已成為測試和除錯電子與系統設計時不可或缺的工具，對於頂尖的示波器，我們總是要求更高的取樣率以解析更多訊號細節，以及更深的記憶體以擷取更長的訊號序列；然而，一個始終存在的挑戰，就是如何擷取那些罕見、隨機或間歇性的事件，這些事件通常持續時間極短且不頻繁出現，為了以足夠的細節擷取它們，需要同時具備高解析度和長擷取時間，這兩項要求加總起來，對取樣記憶體的容量形成了巨大的挑戰。
為了應對這個挑戰，RTO 提供了歷史模式，當擷取停止時（無論是手動停止，還是因量測或遮罩超出限制而停止），使用者都可以查詢先前擷取的波形。
RTO 歷史模式最重要的應用，就是電子設計的測試與除錯。 現代電子設計相當複雜，測試起來也並非易事，因為訊號速率高、訊號幅度小，且設計佈局密集。特別是罕見的故障，經常影響數位設計，這些故障在數位電路中可能造成的影響包括損壞、因重啟而停機，或效能下降。
另一個應用範例，是在核物理與高能物理、脈衝雷射及脈衝雷達等領域中，分析罕見或隨機的事件。 這些物理事件會被轉換成電氣訊號，但它們的出現不一定可預測，而是以序列的形式發生，因此，在一致的時間基礎上，捕捉所有事件變得至關重要。
除了這兩個能從歷史模式中獲益匪善的範例，該模式對許多其他應用也同樣有用。
一旦啟用，歷史模式就能讓使用者完整存取先前所有的擷取記錄，使用者可以對每一筆記錄下來的波形，套用 RTO 完整的分析功能組，這些功能包括縮放、游標、搜尋、數學運算、協定解碼、遮罩測試與量測功能。
對於在有效訊號之間有較長閒置時間的重複性訊號，RTO 能夠以高時間解析度擷取有效訊號序列，同時涵蓋較長的觀察時間，在這種情況下，RTO 會擷取包含訊號事件的短波形，並利用其精確的時基，維持記錄波形之間的時序關係，透過歷史模式，使用者可以詳細分析這些記錄下來的波形，以及它們之間的時序關係。
此外，RTO 提供高達每秒 100 萬次的波形擷取率，以確保高機率地偵測到訊號故障，進而縮短整體量測時間 ，對於出現時間不可預測的訊號，單靠高擷取率可能仍不足以捕捉所有訊號事件，在這種情況下，RTO 提供了「超分段模式 (Ultra-Segmentation Mode)」，其連續擷取之間的最小閒置（或稱「盲區」）時間僅為 300ns，這兩項功能顯著提升了擷取波形序列完整性的可信度。
為了讓您更深入地了解歷史模式並充分利用其優勢，本應用文章的下一章將描述 RTO 的通用內部架構與運作方式，第三章將解釋歷史模式的操作、相關記憶體的組織方式以及其限制，第四章則透過兩個範例，示範如何針對特定的量測任務設定歷史模式，以及使用者如何從中獲益。
2. 數位示波器背景知識
2.1 運作原理
圖 1 顯示了 RTO 的方塊圖，其中的箭頭表示不同處理區塊之間的資料流，從類比前端到顯示器的整個資料路徑，被分為兩個不同的部分，並以不同顏色標示。
第一部分是擷取路徑，包含數位觸發區塊，以粉紅色標示，它會平行處理所有輸入資料，然後再將每個通道的取樣資料儲存到擷取記憶體中，處理步驟包括由類比前端進行的類比訊號處理、由 A/D 轉換器（ADC）對輸入訊號進行取樣，以及在擷取區塊中進行數位濾波與抽取；在擷取路徑的末端，取樣點會被儲存在取樣記憶體中，與擷取處理平行的，是 RTO 的數位觸發器，它會從數位化的輸入訊號中產生一個事件。一個有效的觸發事件會控制擷取的開始。
第二部分是後處理路徑，以淺綠色標示。在這條路徑中，RTO 會處理選定的分析操作，例如量測、數學運算、遮罩測試、游標，然後才將最終的波形顯示出來。擷取記憶體同時參與了擷取與後處理階段，因此它被標示為從粉紅色到淺綠色的漸層。
這兩個部分以互斥的方式分階段運作，以下我們稱之為擷取階段與後處理階段，一個典型的運作模式是連續擷取模式，在此模式下，這兩個階段會交替運作，圖 2 顯示了這種交替操作的時序，使用「acq」標示擷取階段，「pp」標示後處理階段，一個觸發事件會啟動擷取，一旦擷取記憶體累積了由記錄長度所指定的取樣數量，擷取階段便會停止；下一階段從將記錄的波形從擷取記憶體讀取至後處理部分開始，只有當其處理完成後，下一個擷取階段才能再次啟動。
圖 3 使用前面介紹的顏色代碼，顯示了 RTO 的完整運作流程，左側是擷取區塊，它將以負整數 [1-n, 0] 索引的波形寫入擷取記憶體，由標示為「W」的箭頭表示，右側是後處理區塊，它從擷取記憶體中讀取已擷取的波形，由標示為「R」的箭頭表示。
2.2 記憶體需求
2.2.1 設定參數
在擷取階段，取樣記憶體儲存擷取到的取樣點，設定的記錄長度決定了儲存多少取樣點，而取樣率則決定了每秒擷取多少取樣點，在 RTO 的「水平 (Horizontal)」對話框中，這兩項都可以進行設定（見圖 4）。
RTO 的最大取樣率等於 ADC 的取樣率，即 10 Gsample/s，RTO 的標準波形記憶體大小為每通道 20 Msample，RTO 提供記憶體選項，可升級至更深的波形記憶體，透過 RTO-B101 和 RTO-B102 選項，可分別升級至每通道 50 和 100 Msample。
2.2.2 脈衝序列範例的記憶體需求
下面的範例突顯了在第一章介紹的脈衝訊號（見圖 7）所需的記憶體，在一個觀察週期內，所需的取樣數量取決於所選的取樣率、要記錄的脈衝數量以及脈衝重複率，方程式 (2-1) 顯示了相應的計算，表 1 中標示為「範例」的欄位列出了一些實際且合理的參數，用以探討所需的取樣記憶體，計算結果顯示，所需的取樣記憶體大小將高達 2 Gsamples，這遠超過市面上典型即時示波器的取樣記憶體大小，在第 3.4 章中，我們將重新審視這個範例，並應用歷史模式來展示其優勢。
2.3 擷取與觸發控制
要分析前述的特定訊號，需要對擷取與觸發控制進行設定。
RTO 提供了強大的觸發功能，使擷取更具選擇性。使用者必須指定關鍵的觸發條件，然而，這有時可能很困難，因為隔離特定訊號事件的條件並非總是已知的，在遮罩與量測功能的支援下，使用者只需詳細說明預期的結果，RTO 會在發生違規時停止擷取，然後，資料便可供檢查，使用者便能建立一個合適的觸發條件。
一個擷取階段始於數位觸發系統的準備就緒，RTO 提供了全面的觸發類型清單，如邊緣、突波、寬度、矮波、視窗、逾時、間隔、斜率、Data2Clock、狀態、碼型、串列碼型、近場通訊觸發與 TV 觸發，如果使用者選擇了正確的觸發類型並正確設定所有觸發參數，便能偵測到類比、數位與邏輯訊號中的各種事件，在第 4.3 章中，將示範一個特定觸發類型的範例。
如果觸發模式設定為「自動模式 (auto mode)」，且在一定時間內未滿足觸發條件，系統會產生一個內部觸發事件以強制顯示訊號，對於罕見故障與偶發訊號，僅在其發生時觸發至關重要，選擇「正常模式 (normal mode)」可確保只擷取偶發訊號，在這種情況下，如果一段時間內沒有觸發，會彈出一個視窗，顯示自上次觸發事件以來經過的時間。
3. RTO 歷史模式
RTO 的歷史模式，緩解了取樣率與觀察時間之間固有的矛盾。
通常，數位即時示波器不僅僅是擷取一個長的波形，而是將由特定觸發條件觸發的多個波形，儲存在擷取記憶體的多筆記錄中，相關的記憶體組織方式將在第 3.2 章詳細解釋。
3.1 操作說明
RTO 的歷史模式讓使用者能夠存取儲存在擷取記憶體記錄中的、先前擷取的波形，此歷史模式只有在擷取序列已停止時才能使用，使用者可以重播上次擷取的波形進行檢視，或者對每一筆記錄應用 RTO 工具組中的分析功能，這些分析功能包括量測、數學運算、遮罩測試、游標與顯示操作。
後處理的資料可以顯示為圖形化的波形或數值，參考圖 2 介紹的階段排程，歷史模式是連續排程單獨的後處理階段，而連續擷取模式則是交替排程擷取階段與後處理階段。
「歷史 (History)」結果對話框（見圖 5）包含了存取與顯示已擷取波形的控制項，「歷史」選單可透過按下前面板上的「History」鍵，或從選單列的「Display > Show history」來啟動。一旦啟動，正在連續運行的擷取會立即停止。
最新擷取的波形索引為 0，這也是初始顯示的波形，較舊的記錄則以遞減的順序向後索引，當在標示為「Current acq」的輸入框中手動更改序列號時，RTO 會相應地後處理並顯示所選序列號的波形，除了單獨顯示波形，使用者還可以按下「Play」按鈕，重播所有擷取的波形。在歷史的偏好設定對話框中，使用者可以特別選擇要處理和顯示的記錄範圍（見圖 6），也可以設定每次擷取的重播時間。如果 RTO 擷取了大量的波形，並且使用者將它們應用於自動化的遮罩或量測功能，將此設定改為較小的值，有助於縮短分析時間。無論手動如何設定波形的重播顯示，記錄的絕對或相對時間都會顯示在歷史偏好設定對話框中。
歷史模式的一個重要前提是，當 RTO 處於連續擷取模式時，必須停止正在運行的擷取，有多種方法可以停止擷取，可以手動按下前面板上的 HISTORY、RUN CONT 或 RUN Nx SINGLE 鍵，或者在遮罩或量測功能中設定「Stop on Violation」條件，第 4.3 章將展示此類設定的一個範例。
3.2 記憶體組織
擷取記憶體及其組織方式對歷史模式至關重要，其分段方式對於儲存擷取資料非常有用，這可以透過脈衝訊號的應用範例（見第 1 章和第 2.2 章）來證明，在圖 7 的頂部，顯示了此類脈衝訊號的脈衝串，由於其快速的上升時間，需要高解析度，又因為脈衝間隔（通常在 μs 範圍內），需要長的觀察時間，此脈衝串範例顯示了五個輪廓相似但不完全相等，且時間間隔不等的脈衝，時間軸是不連續的，用以表示脈衝之間相對於脈衝寬度而言，任意但很長的時間。
圖 7 的底部顯示了與頂部相同的訊號，在單次擷取的情況下，RTO 會記錄下這些脈衝與其時間間隔 [t1, tn+ts]，脈衝周圍的虛線框表示這種情況下的擷取時間間隔。
在擷取路徑中，一條延遲線會將訊號相對於觸發事件延遲，該觸發事件由數位示波器從同一訊號產生，數位示波器觸發器會在脈衝開始前不久啟動擷取，持續預定的擷取時間 ts，圍繞著五個顯示脈衝的灰色漸層框表示擷取時間 [tk, tk+ts]，其中 k €[1,n]，這裡假設 n 次擷取時間 ts 的總和遠小於觀察時間，如第 2.2 章所討論；結果是，RTO 不會記錄大量的閒置時間，現在變得很明顯，總波形取樣數減少了，這可以節省大量的記憶體空間，並實現對擷取記憶體非常有效率的使用。
為了進一步說明這個優勢，我們使用表 1 中的數值範例，假設脈衝寬度小於 100 ns，使用 100 ns 的擷取時間 ts，並保持相同的參數（RS = 10 Gsample/s，NP = 20，RP = 100 s-1），所需的總記憶體空間結果為 20 ksample，在這個選定的範例中，這帶來了 200,000 倍（2 Gsample / 20 ksample）的顯著改進。
這些記錄在邏輯上被安排成如同儲存在一個環形緩衝區中，而物理上則對應到一個線性可定址的 DRAM 記憶體，圖 8 的頂部顯示了脈衝訊號，如前所述，單個脈衝被取樣一段擷取時間 ts，這段時間乘以取樣率再加上一些微小的開銷，就決定了單個波形所需的記憶體。
圖 8 中顯示的環形緩衝區，記錄的波形索引從 0 到 1-n，0 是最新記錄的波形，1-n 是最舊的，記憶體組織將每個波形與一小塊開銷（OVH）和一個時間戳記關聯起來，在第 3.4 章中，將討論可能的最大記錄數，稱為歷史深度，透過增加時間戳記，記錄波形之間的確切時序關係得以維持，先前擷取中未使用的記錄將被作廢且無法存取，如果一次擷取的記憶體需求超過了歷史深度，最新的記錄將覆蓋最舊的記錄（1-n）。
當 RTO 進入歷史模式時，當前顯示的波形是最新擷取的波形，使用者可以選擇顯示記錄波形的序列，如圖 8 底部所示。
3.3 判斷訊號擷取的保真度
本章將介紹與故障偵測機率相關的觀察時間，以及一種最小化盲區時間的模式。並說明為什麼這些主題對歷史模式很重要。
3.3.1 評估盲區時間
為了有效地使用歷史模式，了解所擷取資料的保真度非常重要，我們已經介紹了擷取與後處理交替階段的概念，但使用者應該意識到，在後處理階段，示波器無法擷取資料，它是「盲」的，這是數位示波器的一個普遍特性，並非 RTO 特有。
示波器的盲區時間由固定和可變的時間部分組成（見圖 9），各個示波器的架構決定了固定部分 tfb，可變部分 tvb 則取決於後處理所需的時間，特別是記錄長度、活動通道數、所選的後處理功能以及波形的顯示渲染。
圖 9 顯示了連續擷取模式，在時間 t1 由一個脈衝 (1-n) 觸發後，RTO 開始擷取，持續時間為 ts。一旦 RTO 完成這次擷取，它需要一段固定的時間 tfb 來繼續進行後處理階段，在此階段，它處理擷取資料的時間為 tvb，在 t1+ts+tfb+tvb 時間後，RTO 準備好接受下一個觸發事件並等待它。
這裡使用盲區時間與擷取時間的概念，分析了在擷取訊號中偵測到隨機故障的機率，在本應用文章中，圖 10 顯示了訊號故障偵測機率隨時間的變化，作為擷取率的函數，使用者會注意到，高擷取率對於確保所擷取資料的高度可信度至關重要，RTO 提供每秒 100 萬次波形的高擷取率，以確保這種高度可信度，對於 RTO，使用者可以透過啟用效能結果框來檢查波形擷取率（見圖 11），要啟用此框，使用者需選擇「Display > Performance」選單項。
值得一提的是，有兩個效應可能會阻止 RTO 達到這個高擷取率，首先，如果記錄長度很長，相關的擷取時間會降低擷取率，其次，如果 RTO 觸發設定為正常模式，且觸發事件的速率慢於最大擷取率，這當然也會降低擷取率。
3.3.2 超分段模式 (Ultra-Segmentation Mode)
前一節重點討論了在隨機分佈故障假設下，波形擷取率的重要性，這對於某些應用是有效的假設；然而，其他應用如脈衝訊號，則不一定能從高擷取率中受益，對於這些訊號，更重要的是要盡可能捕捉到所有的脈衝，而不僅僅是一些。如果 RTO 能夠觸發在感興趣的訊號上，那麼減少盲區時間以便能夠記錄下一個脈衝就更為重要。
專為這種情況，RTO 實現了超分段模式，參考圖 9，可以看出盲區時間由兩部分組成，且範圍不同（tfb ≈ 0.3 μs，min tvb ≈ 0.9 μs），主導部分是可變的盲區時間 tvb，由後處理階段貢獻；如果只連續排程擷取階段，將會省去可變的盲區時間部分（見圖 9），因此，在超分段模式下，已擷取波形不會有顯示更新，在擷取序列完成後，才使用歷史模式功能來存取和顯示先前擷取的波形。
在圖 12 中，超分段模式顯示了省略可變盲區時間的優勢，在時間 t1 觸發並擷取一個脈衝 (1-n) 後，它取樣一段擷取時間 ts，之後 RTO 只需要一段固定的盲區時間 tfb，就可以發生下一次觸發，RTO 便能擷取下一個訊號。
超分段模式可透過按下前面板上的「HORIZONTAL」鍵並選擇「Ultra Segmentation」標籤來啟動。這會彈出對話框，讓使用者能夠啟用此模式並指定要擷取的波形數量（見圖 13）。
一旦使用超分段模式的系列擷取完成，使用者可以選擇在對話框中點擊「Show history」按鈕，來啟動歷史模式，包括自動重播，另一種方式是按下前面板上的「HISTORY」鍵，使用者現在可以應用已在第 3.1 章中描述的功能。
3.4 歷史模式的限制
使用歷史模式有一些限制，首先，如前所述，對擷取記憶體的讀取存取只有在擷取停止時才可能，啟動新的擷取將會清除已擷取的波形資料，如果使用者按下前面板上的 RUN 鍵或發送類似的遠端指令，就會發生這種情況；其次，即使擷取已停止，增加輸入通道或改變時間刻度也會清除擷取記憶體中的資料。
還有兩種獨立的擷取模式下，歷史模式是不可用的，即「等效時間」取樣模式和滾動模式，由於這些模式對波形記憶體的特殊使用方式，歷史模式無法存取擷取的資料。
對於擷取記憶體，可以儲存的已擷取波形記錄的最大數量是有限制的，這個限制稱為歷史深度，使用者可以大致如下計算：
根據設定的抽取模式、波形運算模式或活動的數學訊號，歷史深度可能會更小，如果一個輸入通道未使用，活動通道會分配未使用通道的取樣記憶體，例如，一台每通道 20 Msample 的四通道 RTO，如果其他通道未使用，一個通道將有 80 Msample 的取樣記憶體可用。
4. 應用範例
在介紹應用範例之前，有必要回顧一下 RTO 的設定，並考慮一個策略來最大化歷史模式的效益。
4.1 時基的設定方案
最重要的限制是選擇一個合適的取樣率，這必須符合奈奎斯特-香農取樣定理，一般來說，取樣率應大於訊號頻譜中最高頻率成分的兩倍，對於脈衝射頻訊號，使用者應考慮載波頻率的諧波和調變頻寬。
在確定取樣率後，使用者應決定擷取時間或記錄長度，這三個數值都可以在 HORIZONTAL 對話框中設定（見圖 4），但它們是相關的，因為取樣率乘以擷取時間就得到記錄長度，對於脈衝訊號，最大脈衝長度限制了最小擷取時間。
對於數位訊號，所需的擷取時間可能不像脈衝訊號那樣容易確定，一個好的選擇很大程度上取決於訊號的內容，符號長度可能是一個不錯的選擇，例如對於一個 UART 協定，它可能是 10 位元，包含一個資料位元組加上停止位元。
最後要考慮的是觀察時間。對於脈衝訊號，使用者需要考慮要記錄的脈衝數量，在任何情況下，使用者都應根據第 3.4 章中給出的計算，檢查其記憶體需求是否超過了所用 RTO 的可用歷史深度。
4.2 脈衝雷達訊號
在這些理論準備之後，我們將詳細研究一個脈衝雷達訊號，這個範例展示了 RTO 的幾個特性，包括在多個記錄波形上進行頻域分析及相關的遮罩測試，以及時域量測，此外，它還將展示 RTO 卓越的短盲區時間，特別是當 RTO 處於超分段模式時，這確保了所有需要的資料都被捕捉到，讓使用者對擷取結果有高度的信心；再次強調，超分段和歷史模式是兩回事，但在超分段模式下捕捉的波形只能透過歷史模式來存取。
為了將重點放在 RTO 的特定功能上，本應用文章做了一些假設來簡化設定，我們不量測真實世界的訊號，而是使用 Rohde & Schwarz 的向量訊號產生器 SMBV100A 來產生訊號，以確保靈活性，並輕鬆產生複雜的脈衝串；RTO 的通道 1 直接連接到向量訊號產生器的輸出，並使用 50 Ω 終端，訊號的標稱載波頻率被選在 400 MHz，這不是一個典型的雷達頻段，但真實世界的雷達訊號通常會經過射頻降頻轉換到一個相當的中頻頻段，RTO 可以直接捕捉和量測 400 MHz 的訊號。
這個雷達訊號由一個包含總共 21 個脈衝的三種不同脈衝類型的序列組成，圖 15 顯示了這些捕捉到的脈衝，它們被分組在一次擷取中，通常被稱為一個脈衝串，這個脈衝串每 100 ms 重複一次，與一個真實世界的例子密切相關，線性調頻脈衝的參數在圖 14 中解釋。第一種脈衝類型，標記為「Type 1」，只出現一次，其特徵是一個 (Δf) 2 MHz 的降頻 LFM 線性調頻，脈衝寬度為 8 μs，它還有一個相對於標稱載波頻率 2 MHz 的偏移，在 500 μs/div 的水平刻度下，由於其振幅低且與相鄰脈衝間距近，幾乎看不見。接下來的脈衝是第二種類型，標記為「Type 2」，在標稱載波頻率下具有 3.5 MHz 的升頻 LFM 線性調頻，脈衝寬度為 5 μs，以 80 μs 的脈衝重複率重複十次，最後，記錄了十個第三種類型的脈衝，其脈衝重複率為 800 μs，標記為「Type 3」，這些脈衝在標稱載波頻率下也顯示出 3.5 MHz 的降頻 LFM 線性調頻，但脈衝寬度為 13 μs。所有三種類型都有不同的振幅等級。
根據上述訊號參數，時基設定為 400 ps 的解析度，以滿足奈奎斯特準則，同時考慮到載波的所有諧波，在 12.5 Msample 的記錄長度和連續擷取模式下，每個波形儲存 5 ms，因此 RTO 可以顯示一個完整的脈衝串，由於這個脈衝串因 100 ms 的間隔每秒只出現十次，所以擷取率很低。
一個全面的分析將涵蓋多個脈衝串，因為只分析單一個是不夠的，因此，下一步將總觀察時間擴大到 3 秒，在 100 ms 的重複率和 400 ps 的解析度要求下，很明顯這次分析需要使用歷史模式，為了最大化偵測能力，也就是最小化盲區時間，我們啟用了超分段模式，在已經知道脈衝串的先驗知識下，這似乎不合邏輯，但對於記錄具有未知脈衝重複時間的未知脈衝串，這是一個重要的功能；時基保持 400 ps 的解析度，記錄長度為 50 ksample，這代表對於 600 個脈衝串，擷取時間為 20 μs，如果不使用歷史模式，記憶體需求肯定會超過可用的取樣記憶體。
為了驗證設定，確保所有訊號細節都被捕捉到是很重要的，因此，RTO 調查的初始部分是分析時間戳記，本應用文章中的一個 MATLAB® 腳本可以檢索單個捕捉波形的相對時間戳記，對 MATLAB® 腳本檢索到的時間戳記的進一步分析顯示，所有脈衝都已正確捕捉。
在圖 16 中，21 個記錄脈衝的時間戳記顯示在一個 5 ms 的區間內，具有所述的間隔，其後是 95 ms 的閒置期，為了更好的可視性，這部分沒有顯示；其次，第一個和第二個脈衝之間的時間差，20.29846 μs，相當小，由於擷取時間（ts）是 20 μs，擷取編號 -34 和 -33 之間的時間差減去擷取時間後僅為 298 ns，這等於最小化的盲區時間（tfb），在不同的擷取中捕捉如此接近的脈衝，對數位示波器來說是一個巨大的挑戰！
第二步是驗證單個脈衝，為了分析感興趣的參數，使用者可以啟用叢發長度和振幅的量測功能；此外，使用者可以輕鬆地在頻域研究其他感興趣的參數，如線性調頻頻寬，為此，使用者設定 RTO 的 MATH 功能 FFT，中心頻率為 400 MHz，頻寬為 12.5 MHz，並對頻譜應用「訊號頻寬」量測功能，為了獲得最佳結果，訊號使用漢明窗進行幀平均繪製，這種窗類型在使用者手冊中推薦用於正弦訊號，為了確保所有波形都滿足 400 MHz 載波周圍 3.5 MHz 的頻譜，使用者可以添加一個遮罩來檢查所有脈衝的這種行為。
這個設定如圖 17 所示，叢發寬度和訊號頻寬的量測結果與所述的設定相符，要現在為所有波形檢查這些參數，使用者只需按下歷史結果框的 PLAY 按鈕，歷史模式將存取記憶體中所有的波形進行量測。
結果，第二和第三種類型的脈衝顯示出預期的模擬偏差，對於第一種類型的脈衝，頻域中的遮罩測試顯示出預期的中心頻率偏移 2 MHz（見圖 18），也量測到了 2 MHz 的縮減訊號頻寬。
總之，高時間解析度以及長觀察時間是分析時域和頻域中脈衝訊號的關鍵，RTO 有效地支援了這些要求，其中歷史模式和全套測試與量測功能都可用，就像在標準的連續擷取模式或「RUN Nx SINGLE」模式中一樣。
4.3 偶發故障的除錯
如第 1 章所述的第二個應用範例是除錯數位電路以尋找偶發故障，特別是 RTO 的遮罩和觸發功能對此應用非常有用，本章將更詳細地討論這些功能，作為一個測試設定，RTO 連接到 RTO 展示板。板上有一個 10 MHz 的 TTL 訊號產生一個 PRBS 訊號，一個主動探棒（RT-ZS30）捕捉此訊號以供 RTO 分析，這個 PRBS 訊號會出現隨機的訊號異常。
為了有針對性地使用 RTO 搜尋展示板訊號一個迄今未知的問題，使用者可以採取三步法，第一步，為了定位問題，RTO 使用顯示餘暉在眼圖中繪製設計的數位訊號，眼圖中的異常將引導至第二步，觀察到的異常是非特定的，只提供了一個指示（圖 19），為方便起見，AUTOSET 鍵會設定示波器，並將觸發設定為雙邊緣觸發以顯示眼圖，在眼圖中清晰可見的是數位訊號高低電位的矮波，但在中間有一些雜訊，這將是下一步的重點。
第二步，使用者根據介面標準或設計考量，透過定義一個遮罩來指定所需的容差，在這個例子中，它只是一個根據 TTL 訊號的設計知識，形狀為矩形的遮罩，遮罩選單可以透過面板上的「MASK」鍵來啟動，讓使用者指定一個遮罩。在這種情況下，定義了一個內部遮罩，範圍在 [5,95] ns 和 [0.45,3.05] V，當應用此遮罩時，RTO 會捕捉到特定的違規（見圖 20），並在訊號圖示中報告統計數據。
在圖 21 中，RTO 停止了訊號的擷取，因為偵測到一個遮罩違規，這個行為是在遮罩選單的「Event Actions /Reset」標籤中指定的，捕捉到的訊號軌跡顯示了一個約 10 ns 脈衝寬度的突波。
第三步，收集到的資訊將用來引導使用者利用特定的觸發功能，在這種情況下，他將設定一個脈衝寬度小於 25 ns 的 GLITCH 觸發，因為他可能不確定突波的脈衝寬度變化，為了只捕捉帶有突波的波形，觸發模式設定為「Normal」，解析度設定為 500 ps。根據第 4.1 章的依賴關係，設定了 100 ksample 的記錄長度，允許記錄任意數量的 500 個位元週期，如果發生了故障，了解在此之前發生了什麼是很有趣的，所以在圖 22 和圖 23 的例子中，觸發的參考點設定在顯示的 98% 處；
參考第 4.1 章，警覺的使用者應檢查歷史深度，對於這個設定，一台具有標準每通道 20 Msample 擷取記憶體的示波器，對於一台四通道 RTO，將支援 800 個波形的歷史深度，使用者可以在觸發控制框中指定要記錄的波形數量。透過設定的突波觸發，只有在突波發生時才會擷取波形。
擷取完成後，使用者可以應用全面的分析功能組，在這種情況下，RTO 每個波形取樣了 500 個位元間隔（見圖 22 頂部視窗），放大時間視窗顯示了突波，應用游標有助於量測其特性，透過改變「Current acq」欄位，例如使用導航旋鈕，使用者可以掃描單個波形，這樣，RTO 讓使用者能夠詳細分析所擷取資料流中突波的原因，並讓他對捕捉所有偶發故障有高度的信心。
除了這種直接的分析，使用者還可以在後處理階段，靜態地分析所擷取的資料，例如，量測功能將為他顯示正負脈衝的脈衝寬度，對於每個擷取波形中的所有脈衝以及整組波形，此外，使用者可以為這些值啟用一個直方圖，包括統計數據，一旦使用者設定了這個功能，歷史的回放將完成統計。
在圖 23 中，RTO 在下方的兩個視窗中顯示了這些量測功能，從統計數據中可以明顯看出，所有 401 個波形都被計數，最小的突波脈衝寬度為 9.5 ns，這可以高度自信地確定，因為 RTO 被設定為捕捉寬度達 25 ns 的脈衝，而硬體可以偵測到寬度低至 100 ps 的脈衝，脈衝寬度直方圖顯示了在 100 ns 及其倍數處有明顯的區間，由相對出現次數加權，超過 50,000 個脈衝。
與第 4.2 章的應用範例類似，時間戳記被下載、分析並顯示在圖 24 中，突波之間的時間差以紅色顯示，對應於出現次數，從這張圖可以清楚地看出，突波在兩秒和三秒後出現，然而，目前尚不清楚時間差是否在 2 到 3 秒之間隨機分佈，同一座標軸中的第二個藍色直方圖顯示了每隔一個突波之間的時間差，這個直方圖揭示了突波在 2 到 3 秒之間交替分佈，週期性為 5 秒，圖 24 中的第二張圖增加了這個直方圖的解析度，並繪製了相對於平均值的分布，突波的抖動分佈變得明顯。
觀察 1000 秒的總觀察時間，使用者可能會注意到，數位示波器無法在單次擷取中以所選的解析度擷取這樣的訊號，因此，對於深入分析，使用歷史模式變得至關重要，歷史模式不僅限於上述兩個應用範例；使用者也可以將此模式與混合訊號選項（MSO）結合，用於串列協定或平行協定分析。
結論
RTO 的歷史模式讓使用者能夠存取先前的擷取，並應用 RTO 豐富的分析功能組，這些擷取之間的時序關係得以保留，並可作為後續分析的基礎。
此外，此模式緩解了高取樣率和長觀察時間之間的權衡。許多應用都可以從歷史模式中受益；本應用文章介紹了其中兩個的分析。
RTO 的多功能觸發讓使用者可以透過選擇性記錄，專注於分析的重要部分，此外，RTO 以非常有效的方式利用記憶體架構，並提供了一套豐富的測試與量測功能來分析所擷取的波形；連續的時基讓使用者可以將觀察時間擴展到遠超過擷取記憶體的儲存能力。總之，所描述的特性使歷史模式成為一個重要的工具，例如用於除錯數位電路和分析不頻繁、間歇性訊號或串列協定資料，值得注意的是，歷史模式是 RTO 的一個標準功能。
