使用PicoScope示波器测试DALI信号

1 关于DALI?

数字可寻址照明接口(DALI)是一种专用于数字照明控制的协议。它旨在促进构建稳健、可扩展且灵活的照明网络。DALI通过控制器、照明灯具和镇流器之间的双向通信，实现了对楼宇照明系统的智能管理。

该协议已在IEC技术标准IEC 62386和IEC 60929中正式标准化。这些标准定义了工作电压高达1000V、工作频率为50Hz或60Hz的交流电源下LED驱动器和电子镇流器的要求。

图1 DALI照明系统示例

DALI使用曼彻斯特编码传输起始位和信息位，这种方法通过将数据与嵌入式时钟同步来编码数据，无需单独的时钟线。该协议的标称数据速率为1200bps，由此产生的比特时间为833.33us.嵌入式时钟速率是数据速率的两倍，由此产生的标称时钟时间为416.67us.数据传输遵循最高有效位(MSB)优先顺序。

曼彻斯特编码的一个关键优势在于消除了传输信号中的直流分量。这一特性使得信号不易受到低频干扰和基线漂移的影响，从而降低了传输错误的风险。

图2 曼切斯特编码

DALI信号中的前向帧是指从控制器发送到照明或镇流器的数据包。帧结构包含一个起始位、八个地址位、八个数据位和两个停止位。在地址字节中，第一位决定寻址模式：0表示短地址（单个设备），1表示组地址或广播消息。地址字节的最后一位用作选择器，定义后续数据字节的解释：0表示直接电弧功率级别，1表示命令。

DALI信号中的后向帧是指从控制装置发送回控制器的响应数据包。它们的结构更简单，包含一个起始位、八个数据位和两个停止位。

图3 DALI信号的前向帧和后向帧

图4 DALI信号的前向帧和后向帧波形

2 基于PicoScope 4444的DALI-2一致性测试

DALI-2一致性测试是任何声称符合DALI-2标准并计划使用DALI-2认证标志的设备都必须进行的强制性要求。DALI-2一致性测试涵盖物理层和协议层要求。关键测试项目包括信号电压电平、上升和下降时间、位定时精度、脉冲宽度、总线电流消耗等。此外，还会验证与协议相关的参数，例如正向和反向帧定时、响应延迟、抖动容限以及命令序列的正确处理。这些测量确保DALI信号在所有工作条件下均符合规范，并且设备能够在共享的双向总线上可靠地通信。

DALI-2一致性测试所需的主要设备包括ProbitLab2、ProbitBench、PicoScope 4444及相关探头、电源和光电探头。

ProbitLab2是DiiA唯一官方认可的DALI认证工具。它是一个专用的平台，用于测试所有DALI-2设备（控制设备、控制装置和总线电源）。ProbitBench是运行官方测试序列的专有软件，也是ProbitLab2的运行环境。Pico Technology的PicoScope 4444已被DALI联盟正式集成到DALI-2一致性测试系统中。ProbitBench可以控制PicoScope 4444自动采集数据并进行测量。PicoScope 4444搭配PicoConnect 441和442探头与ProbitLab2配合使用，可对DALI总线上的信号进行高级时序和波形分析。

下图5所示为PicoScope 4444针对四种不同信号的测试设置。通道A使用PicoConnect 441探头测量直流电压信号。通道C也使用PicoConnect 441探头，通过串联一个电阻来测量电流。通道D使用PicoConnect 442探头，该探头设计用于测量高压信号。通道B连接到光电(O/E)探头，用于测量光信号。

图5 DALI信号一致性测试设置

图6 捕获到的电流信号

3 使用PicoScope 4444调试DALI信号

除了集成到基于PicoSDK软件开发工具包的DALI-2一致性测试系统之外，PicoScope 4444还可用作为一台功能强大的通用示波器，用于调试DALI信号。配合功能全面的PicoScope 7软件，它即成为一款用途广泛的集数据采集、波形显示、参数测量、串行总线解码和异常定位及检测的工具。

设置非常简单：PicoScope 4444通过USB 3.0线缆连接到任意一台电脑，并由运行在该电脑上的PicoScope 7软件进行控制。使用PicoConnect 441或PicoConnect 442等专用探头将DALI信号连接至PicoScope示波器进行数据采集和分析。

图7 PicoScope 4444测试设置

PicoScope 7软件提供40多种自动测量功能，使工程师能够在进行一致性测试之前快速分析关键的DALI信号参数，例如上升时间和幅度。下图8所示为一个DALI信号的测量结果。

图8 在PicoScope 7软件中捕获并测量DALI信号

PicoScope 7标配一系列高级调试工具，可对DALI信号进行更深入、更快速的分析。例如，下图9下方的黑色波形显示了一条参数跟踪曲线，用于追踪DALI信号的上升时间参数。该工具不仅显示上升时间的测量值，还显示了整个波形中每个上升沿的上升时间测量值随时间的变化情况。由于追踪曲线与原始模拟波形在时间上对齐，因此可以轻松定位有异常测量结果的上升沿。

图9 PicoScope 7的测量参数追踪高级功能

图10所示为另一个高级工具：DeepMeasure。该功能使PicoScope示波器能够在单次采集过程中测量每个信号事件的多达13个参数。结合示波器的超深内存，它可以在一次采集过程中执行数百万次测量。表格中的每个结果都与模拟波形相关联，这意味着如果表格中出现异常结果，测试工程师可以通过双击异常结果快速的在波形显示中找到它。此外，所有表格结果均可导出以进行进一步的统计分析。

图10 使用PicoScope 7中DeepMeasure功能调试和分析DALI信号

此外，PicoScope示波器标配40多种内置串行协议解码选件（包括DALI），并且还在开发更多协议。所有未来的协议解码功能都将通过免费软件升级提供给PicoScope示波器用户。串行协议解码选件使得用户能够直接从模拟波形中轻松解读协议信息，并立即识别任何通信错误。如图11所示，DALI信号的解码数据以两种互补格式呈现，以便进行高效分析：

图形格式：解码数据（以十六进制、二进制、十进制或ASCII码显示）以总线时序格式显示在波形下方的共享时间轴上。错误帧会自动以红色突出显示，以便立即查看。任何帧都可以放大，以便深入察看信号完整性或噪声细节。

表格格式：提供所有已解码帧的完整列表，包括数据、标识符和标志。用户可以筛选此列表，仅显示相关帧或搜索具有特定属性的帧。统计选项可显示详细的物理层信息，例如信息包时间和电压电平。

这两个视图相互关联：单击表格中的某一条信息包会自动将示波器显示缩放到相应的波形部分。为了进一步加快分析速度，“链接文件”功能允许用户使用自定义的、易于理解的文本字符串交叉引用数据字段值。PicoScope示波器还可以将所有解码数据导出到电子表格，以便进一步分析。

图11 在PicoScope 7解码DALI信号 

4 为什么选择PicoScope 4444?

DiiA之所以选择PicoScope 4444，是因为它兼具卓越的性能和价值。这款仪器拥有诸多独特优势，包括四个真正的差分输入、灵活的12至14位ADC分辨率、256MS的超大内存、高共模抑制比（CMRR）以及USB 3.0高速数据传输接口。此外，它还配备了智能电压和电流探头、智能D9接口（可为探头供电并识别探头）以及强大的软件开发包PicoSDK和标准示波器软件PicoScope 7。

PicoScope示波器凭借其显著优势，经常被集成到自动化测试系统中。主要优势包括：

1)高可靠性

Pico Technology成立于1991年，专注于基于PC的测试仪器和数据采集设备的研发和制造。数十年的产品迭代和严格的质量控制，使得PicoScope示波器拥有高可靠性。

2)高性价比

与传统台式仪器不同，PicoScope示波器没有内置PC，故结构简单，从而可拥有更多独特的硬件优势，包括高带宽、高采样率、深存储、高ADC分辨率、灵活可调ADC分辨率、多个模拟和数字输入通道、高速数据传输等。基于外部PC的强大性能，PicoScope示波器可拥有更丰富的软件功能和更强大的数据分析处理能力，如可提供40多个串行解码选件、高级数学函数（FFT、滤波函数、测量参数追踪函数等）。此外，PicoScope示波器拥有数十种型号，用户更容易选择到一款经济实惠且与其应用相匹配的产品。

3)高ADC分辨率和灵活可调ADC分辨率

PicoScope示波器提供从8位到16位的各种垂直分辨率选项。分辨率越高，垂直精度和动态范围就越大，波形显示就越清晰，测量结果会更精确。PicoScope示波器的ADC分辨率灵活可调，这个独特特点得益于Pico突破性的ADC管理技术，该技术允许用户在一个设备中通过协调多个ADC的工作从而实现从8位到16位的灵活切换。

4)强大的软件开发包PicoSDK

PicoScope示波器提供了很多传统台式示波器通常不具备的互联和定制功能。PicoSDK（Pico软件开发工具包）允许用户为特定项目创建自定义应用程序，这使得PicoScope示波器不仅仅是一台通用的示波器。在PicoSDK下运行的PicoScope示波器拥有更加出色的性能，比如它可以以最高达312MS/s的速度连续采集数据并将其传输到PC，可实现最高200万段的分段存储，可以设置高级触发功能，可以编程控制示波器内置的任意波形发生器或函数发生器输出波形等。基于PicoSDK编程控制PicoScope示波器简单容易，您可以在github.com/picotech上找到大量的基于各种编程语言的示例代码，而且我们也有专门的支持团队为用户自定义开发提供技术支持。

所有Pico产品（包括PicoScope示波器）均附带免费的SDK。SDK包含适用于Windows、macOS、Linux和Raspberry Pi(ARM7)的驱动程序。它允许用户使用诸如C、C#、C++、Python、MATLAB、LabVIEW和Microsoft Excel等通用的编程语言编写自己的应用程序来控制仪器。

5)紧凑轻便

与往往比较笨重的传统台式示波器不同，PicoScope示波器紧凑、轻便且便于携带。与笔记本电脑配合使用时，PicoScope示波器可让您将整套电子工具与电脑一起装入一个包中。小巧的尺寸也使PicoScope示波器更易于集成到系统中，而几乎不会增加重量或体积。

图12 Pico产品家族

关于 Pico Technology

Pico Technology是高性能电子测试仪器的全球领先制造商。源于英国剑桥强大电子工程传统，自创立以来，通过创建和领导创新的基于PC的测试仪器，比克实现了连续34年的增长。其独特的解决方案和完整的产品线为电子工程师提供了高性能且经济高效的工具，涵盖了从物理层到协议层的整个设计验证周期：

具有内置AWG，FG，逻辑分析仪，频谱分析仪，串行协议分析仪的实时示波器，提供高达16位ADC分辨率，4G超深存储器，8个高分辨率通道和真正的差分探测。紧凑的33GHz采样示波器使工程师能够轻松实现TDR特征阻抗测试，眼图抖动测试和时钟恢复等。PicoVNA（矢量网络分析仪），RF Synthesizer（射频信号合成器）和PicoConnect高带宽探头可扩展到RF应用。此外，还有最畅销的Pico Logger系列数据记录仪产品。

SDK允许用户与实现测试自动化的其它仪器一起开发自定义应用程序。终身免费软件和5年保修可保护客户的投资。

Pico Technology（比克科技）是未来。