隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代的數(shù)字存儲(chǔ)示波器功能越來(lái)越復(fù)發(fā),也能夠提供更強(qiáng)大的性能和測(cè)量分析功能,具備非常復(fù)雜的信號(hào)采集和信號(hào)處理系統(tǒng),現(xiàn)代的數(shù)字存儲(chǔ)器主要由五個(gè)部分組成(產(chǎn)品圖如下):
1、放大器和衰減器 信號(hào)通過(guò)探頭或者測(cè)試電纜進(jìn)入示波器內(nèi)部,首先經(jīng)過(guò)的-放大器和衰減器,對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)示波器來(lái)說(shuō),前端的放大器和衰減器等電路還都是模擬電路,這部分原理和模擬示波器區(qū)別并不大,它們會(huì)決定其寬帶(示波器的寬帶單位Hz),目前市面上最高已經(jīng)可以達(dá)到幾十GHz了,超過(guò)100GHz帶寬的實(shí)時(shí)示波器也正在研發(fā)中?! ?、模數(shù)轉(zhuǎn)換 通過(guò)前端的放大器和衰減器把信號(hào)調(diào)整到合適的幅度,就會(huì)進(jìn)入到-數(shù)字化,這個(gè)過(guò)程就是通過(guò)ADC完成的,以很高的采樣率對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣,把輸入的連續(xù)變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)離散的數(shù)字化樣點(diǎn)?! ?、存儲(chǔ)器 采樣率都很高,通常都在每秒鐘幾十億次甚至幾百億次,雖然現(xiàn)在FPGA,DSP,CPU的工作速度和數(shù)據(jù)處理能力已經(jīng)非常強(qiáng)大了,但是現(xiàn)在的技術(shù)仍然做不到一秒鐘內(nèi)實(shí)時(shí)處理完幾十億甚至幾百億個(gè)樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)。因此在ADC后面都有高速緩存,用來(lái)臨時(shí)存儲(chǔ)采樣的數(shù)據(jù),這些緩存也被稱為內(nèi)存。緩存的大小通常被稱為內(nèi)存深度,及樣點(diǎn)數(shù),也是關(guān)鍵指標(biāo)之一,單位是Sample,決定了一次連續(xù)采集所能猜到的最大樣點(diǎn)數(shù)。其內(nèi)存是非常高速的緩存,或者是通過(guò)高速解復(fù)用芯片控制的告訴存儲(chǔ)器,單位存儲(chǔ)間的實(shí)現(xiàn)成本很高,因此擴(kuò)展存儲(chǔ)深度的價(jià)格非常昂貴?! ?、波形重建 先把一段數(shù)據(jù)采集到告訴緩存中,然后停止采集,再由后面的處理器將緩存中的數(shù)據(jù)取出進(jìn)行內(nèi)插,分析,測(cè)量,顯示?! ?、波形展示 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理器中處理后,最紅要顯示在示波器的屏幕上才能被人眼所看到,顯示屏可以采用CRT或者是液晶顯示屏?! ⌒【幗Y(jié)尾: 示波器的發(fā)展趨勢(shì)主要有幾個(gè)方面: 對(duì)于10GHz以上的示波器來(lái)說(shuō),寬帶,采樣率都在朝更高的地方發(fā)展了?! ?duì)于1~10GHz的示波器來(lái)說(shuō),分辨率,低噪聲,抖動(dòng)等也將提升,對(duì)應(yīng)提升產(chǎn)品的測(cè)量精度和分析能力?! ?duì)<1GHz的示波器來(lái)說(shuō),除了簡(jiǎn)單的測(cè)試,生產(chǎn)教學(xué),更多的是往多功能靠近,更加方便快捷及多功能。
對(duì)抖動(dòng)完美測(cè)量的一半工作量都在于如何設(shè)置示波器。我們的目標(biāo)是捕獲并顯示出信號(hào)在系統(tǒng)環(huán)境下的真實(shí)情況。因?yàn)槊總€(gè)實(shí)驗(yàn)室都有實(shí)時(shí)示波器,有必要知道如何去操作它們。抖動(dòng)測(cè)量對(duì)環(huán)境特別敏感,所以要想辦法針對(duì)各種抖動(dòng)優(yōu)化測(cè)試環(huán)境?! ∈紫纫x取具備合適帶寬的設(shè)備。如果帶寬太窄,測(cè)試得邊沿速率就會(huì)很低。低的沿速率會(huì)將幅度噪聲更多的轉(zhuǎn)化為時(shí)域錯(cuò)誤。但是,如果帶塊太大,也只會(huì)增加測(cè)試中的熱噪聲和散粒噪聲從而提高噪底。在NRZ碼流來(lái)講,一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則就是選取帶寬為碼率的1.8倍?! ∈切盘?hào)最高基頻的兩倍;實(shí)際上,捕獲過(guò)程中的模擬信號(hào)整形和數(shù)據(jù)變換會(huì)留有余量,因此示波器真正需要的采樣速率是最高基頻的2.5到3倍。所以,示波器的帶寬采樣速率比大概為1到3. 對(duì)于減小ADC量化誤差來(lái)講增大儀器的縱向解析度很重要。調(diào)節(jié)電壓/刻度旋鈕直到圖形正好進(jìn)入屏幕的垂直范圍。過(guò)度就會(huì)使ADC變化飽和,不滿就會(huì)減低SNR. 測(cè)量TIE抖動(dòng)時(shí)時(shí)基設(shè)置也很重要,因?yàn)檫@項(xiàng)設(shè)置相當(dāng)于可調(diào)的高通濾波器。時(shí)基會(huì)設(shè)置捕獲時(shí)的最小TIE頻率(示波器帶寬決定最高抖動(dòng)頻率)?! ⊥瑯樱_定測(cè)試數(shù)據(jù)碼型中包含有正確的頻譜成分范圍,并且只含有實(shí)數(shù)頻譜成分。當(dāng)采用PRBS碼型時(shí),碼型長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)保證捕獲到低頻分量,同時(shí)又不能超過(guò)儀器的存儲(chǔ)范圍?! ∈冀K減少觸發(fā)與第一個(gè)采樣點(diǎn)間的延時(shí)。信號(hào)被觸發(fā)后,定時(shí)的不確定與時(shí)基等待采樣數(shù)據(jù)的長(zhǎng)短成正比。減少延時(shí)降低了這種不確定性,因此減低了被測(cè)抖動(dòng)值。 避免示波器均化波形,選擇sin(x)/x在數(shù)據(jù)點(diǎn)間插值,并使用大幅度的快速觸發(fā)。最后,在知道實(shí)際系統(tǒng)接收器門(mén)限電平的情況下將觸發(fā)電平設(shè)置與其一致,否則,設(shè)置為波形值的一半。