随着芯片技术的发展,现代的数字存储示波器功能越来越复发,也能够提供更强大的性能和测量分析功能,具备非常复杂的信号采集和信号处理系统,现代的数字存储器主要由五个部分组成(产品图如下):
1、放大器和衰减器 信号通过探头或者测试电缆进入示波器内部,首先经过的-放大器和衰减器,对于数字存储示波器来说,前端的放大器和衰减器等电路还都是模拟电路,这部分原理和模拟示波器区别并不大,它们会决定其宽带(示波器的宽带单位Hz),目前市面上最高已经可以达到几十GHz了,超过100GHz带宽的实时示波器也正在研发中。 2、模数转换 通过前端的放大器和衰减器把信号调整到合适的幅度,就会进入到-数字化,这个过程就是通过ADC完成的,以很高的采样率对被测信号进行采样,把输入的连续变化的电信号转换成一个个离散的数字化样点。 3、存储器 采样率都很高,通常都在每秒钟几十亿次甚至几百亿次,虽然现在FPGA,DSP,CPU的工作速度和数据处理能力已经非常强大了,但是现在的技术仍然做不到一秒钟内实时处理完几十亿甚至几百亿个样点的数据。因此在ADC后面都有高速缓存,用来临时存储采样的数据,这些缓存也被称为内存。缓存的大小通常被称为内存深度,及样点数,也是关键指标之一,单位是Sample,决定了一次连续采集所能猜到的最大样点数。其内存是非常高速的缓存,或者是通过高速解复用芯片控制的告诉存储器,单位存储间的实现成本很高,因此扩展存储深度的价格非常昂贵。 4、波形重建 先把一段数据采集到告诉缓存中,然后停止采集,再由后面的处理器将缓存中的数据取出进行内插,分析,测量,显示。 5、波形展示 数据经过处理器中处理后,最红要显示在示波器的屏幕上才能被人眼所看到,显示屏可以采用CRT或者是液晶显示屏。 小编结尾: 示波器的发展趋势主要有几个方面: 对于10GHz以上的示波器来说,宽带,采样率都在朝更高的地方发展了。 对于1~10GHz的示波器来说,分辨率,低噪声,抖动等也将提升,对应提升产品的测量精度和分析能力。 对<1GHz的示波器来说,除了简单的测试,生产教学,更多的是往多功能靠近,更加方便快捷及多功能。
对抖动完美测量的一半工作量都在于如何设置示波器。我们的目标是捕获并显示出信号在系统环境下的真实情况。因为每个实验室都有实时示波器,有必要知道如何去操作它们。抖动测量对环境特别敏感,所以要想办法针对各种抖动优化测试环境。 首先要选取具备合适带宽的设备。如果带宽太窄,测试得边沿速率就会很低。低的沿速率会将幅度噪声更多的转化为时域错误。但是,如果带块太大,也只会增加测试中的热噪声和散粒噪声从而提高噪底。在NRZ码流来讲,一个经验规则就是选取带宽为码率的1.8倍。 是信号最高基频的两倍;实际上,捕获过程中的模拟信号整形和数据变换会留有余量,因此示波器真正需要的采样速率是最高基频的2.5到3倍。所以,示波器的带宽采样速率比大概为1到3. 对于减小ADC量化误差来讲增大仪器的纵向解析度很重要。调节电压/刻度旋钮直到图形正好进入屏幕的垂直范围。过度就会使ADC变化饱和,不满就会减低SNR. 测量TIE抖动时时基设置也很重要,因为这项设置相当于可调的高通滤波器。时基会设置捕获时的最小TIE频率(示波器带宽决定最高抖动频率)。 同样,确定测试数据码型中包含有正确的频谱成分范围,并且只含有实数频谱成分。当采用PRBS码型时,码型长度要足够长保证捕获到低频分量,同时又不能超过仪器的存储范围。 始终减少触发与第一个采样点间的延时。信号被触发后,定时的不确定与时基等待采样数据的长短成正比。减少延时降低了这种不确定性,因此减低了被测抖动值。 避免示波器均化波形,选择sin(x)/x在数据点间插值,并使用大幅度的快速触发。最后,在知道实际系统接收器门限电平的情况下将触发电平设置与其一致,否则,设置为波形值的一半。