Infiniium DSO9404A (4 GHz) Infiniium DSOS404A (4 GHz) 眼图高度 1.55 V 眼图高度 1.75 V 图 1 (a). 即便是同品牌同带宽的示波器产品, 信号保真度和完整性水平也各有高低这里是两款 4 GHz 带宽示波器测试同一个信号的眼图两

Size: px

Start display at page:

Download "Infiniium DSO9404A (4 GHz) Infiniium DSOS404A (4 GHz) 眼图高度 1.55 V 眼图高度 1.75 V 图 1 (a). 即便是同品牌同带宽的示波器产品, 信号保真度和完整性水平也各有高低这里是两款 4 GHz 带宽示波器测试同一个信号的眼图两"

又滏都
5 years ago
Views:

评估示波器的信号保真度应用指南电子测试中经常会提到 " 信号保真度或信号完整性 ", 这是衡量信号质量的重要指标随着带宽范围提升, 查看小信号或大信号的细微变化的需求增加, 示波器自身的信号保真度和完整性的重要性已进一步提升为什么信号保真度和完整性被视为示波器的关键指标?

1 评估示波器的信号保真度应用指南电子测试中经常会提到 " 信号保真度或信号完整性 ", 这是衡量信号质量的重要指标随着带宽范围提升, 查看小信号或大信号的细微变化的需求增加, 示波器自身的信号保真度和完整性的重要性已进一步提升为什么信号保真度和完整性被视为示波器的关键指标? 信号保真度和完整性对示波器整体测量精度的影响非常大, 它对波形形状和测量结果准确性的影响会出乎您的想象示波器性能取决于其自身信号完整性指标的良莠, 比如信号失真噪声和损耗自身的信号保真度高的示波器能够更好地显示被测信号的细节 ; 反之, 如果自身的信号保真度很差, 示波器便无法准确反映被测信号示波器自身信号保真度方面的差异直接影响到工程师能否高效地对设计进行深入分析理解调试和评估示波器的信号保真度或完整性不佳, 将对产品开发周期产品质量以及元器件的选择带来巨大风险要避免这种风险, 只有通过比较和评测, 选择一台具有出色信号保真度和完整性的示波器才是解决之道

Infiniium DSO9404A (4 GHz) Infiniium DSOS404A (4 GHz) 眼图高度 1.55 V 眼图高度 1.75 V 图 1 (a).

系列示波器更真实地再现了信号的眼图, 眼图高度比左图高 200 mv 优异的信号保真度和完整性更能再现被测信号的形状信号完整性的构成要素十分复杂, 本应用指南将为您庖丁解牛, 逐一分解, 文中提到的原理适用于所有示波器

许多示波器品牌所宣传的分辨率本底噪声抖动等技术指标都被冠以了最佳字眼然而, 滴水难成海, 独木不成林您必须清醒地认识到, 要提供最佳的信号显示, 绝不是仅凭单个最佳技术指标就能实现的所以在选择示波器时,

DSOS404A (4 GHz, 20 GSa/s) 上升时间标准偏差 4.0 ps 上升时间标准偏差 668 fs 图 1 (b).

2 Infiniium DSO9404A (4 GHz) Infiniium DSOS404A (4 GHz) 眼图高度 1.55 V 眼图高度 1.75 V 图 1 (a). 即便是同品牌同带宽的示波器产品, 信号保真度和完整性水平也各有高低这里是两款 4 GHz 带宽示波器测试同一个信号的眼图两款示波器的带宽垂直 / 水平设置完全相同您可以看到, 右图 Infiniium S 系列示波器更真实地再现了信号的眼图, 眼图高度比左图高 200 mv 优异的信号保真度和完整性更能再现被测信号的形状信号完整性的构成要素十分复杂, 本应用指南将为您庖丁解牛, 逐一分解, 文中提到的原理适用于所有示波器针对某些构成要素, 我们会以 Agilent Infiniium S 系列 500 MHz~8 GHz 带宽的示波器为例, 详尽阐述示波器的各个属性彼此配合, 相互影响 ; 我们必须从全局角度加以考量许多示波器品牌所宣传的分辨率本底噪声抖动等技术指标都被冠以了最佳字眼然而, 滴水难成海, 独木不成林您必须清醒地认识到, 要提供最佳的信号显示, 绝不是仅凭单个最佳技术指标就能实现的所以在选择示波器时, 只有做到全盘兼顾才能做出最正确的选择只关注信号保真度或完整性的一个方面而忽视其他属性, 就好比只见树木不见森林, 很有可能会导致错误判断 LeCroy 604Zi (4 GHz, 20 GSa/s) Infiniium DSOS404A (4 GHz, 20 GSa/s) 上升时间标准偏差 4.0 ps 上升时间标准偏差 668 fs 图 1 (b). 请注意 : 两款示波器测得的上升时间标准偏差有所不同, 尽管它们的带宽 (4 GHz) 采样率 (20 GSa/s) 和其他设置都是相同的在快速上升时间测试中,Infiniium S 系列测得的标准偏差是 668 fs ( 飞秒 ), 而 LeCroy 示波器测得的标准偏差为 4 ps ( 皮秒 ), 偏差是 S 系列示波器的 6 倍测量同一个信号的上升时间, 所得的标准偏差越低, 就表明示波器自身的信号保真性和完整性越出色, 水平系统的性能也就越高 2

ADC 比特数和最小分辨率模数转换器 (ADC) 是确保示波器自身信号保真度和完整性的关键技术 ADC 比特数与示波器的分辨率成正比理论上讲,10 位 ADC 示波器的分辨率比 8 位 ADC 示波器高 4 倍同理,8 比特 ADC 示波器相对于 6 比特 ADC 示波器也是如此图 2 以 10 位 ADC Infiniium S 系列示波器为例, 实际验证了上述结论

3 ADC 比特数和最小分辨率模数转换器 (ADC) 是确保示波器自身信号保真度和完整性的关键技术 ADC 比特数与示波器的分辨率成正比理论上讲,10 位 ADC 示波器的分辨率比 8 位 ADC 示波器高 4 倍同理,8 比特 ADC 示波器相对于 6 比特 ADC 示波器也是如此图 2 以 10 位 ADC Infiniium S 系列示波器为例, 实际验证了上述结论分辨率是指由示波器中的模数转换器 (ADC) 所决定的最小量化电平 8 比特的 ADC 可将模拟输入信号编码为 2 8 = 256 个电平, 即量化电平 (Quantization level) 或 Q 电平 ADC 在示波器量程内工作, 因此在电流和电压测量中, 量化电平的步长 ( 即电平间隔 ) 与示波器的量程设置有关如果垂直设置为 100 mv/ 格, 则量程等于 800 mv (8 格 x 100 mv/ 格 ), 量化电平分辨率就是 mv ( 即,800 mv 除以 256 个量化电平 ) 我们现在看一个具体示例 : 图 3 中, 两款示波器都已设置为 800 mv 全屏显示 8 位 ADC 示波器的分辨率是 mv, 即,800 mv 除以 2 8 (256 个量化电平 ) 10 位 ADC 示波器的分辨率是 mv, 即,800 mv 除以 2 10 (1024 个量化电平 ) 计算出来的分辨率有被称作最小量化电平, 在正常采集模式下, 是示波器能识别的信号最小变化范围,10 比特示波器比 8 比特好 4 倍示波器通常支持高分辨采集方式, 该模式下, 要得到正确的信号, 示波器的模拟前端要能够防混叠, 采样率远大于实际需要的采样率 ; 也有的厂家采用过采样技术配合 DSP 滤波器来提高示波器的垂直分辨率, 然后给出一个指标, 说高分辨率模式下, 其位数是多少以 Infiniium S 系列示波器为例, 其 ADC 固有分辨率是 10 比特, 高分辨率模式下是 12 比特高分辨模式要求 ADC 实际支持的采样率远高于被测信号测试所需的带宽提升分辨率, 可以选择更高位数的 ADC, 同时示波器的垂直刻度选择范围要够宽, 硬件支持的最小的垂直量程要足够小 ( 软件支持的垂直灵敏度设置对分辨率没有意义 ), 步长足够灵活 800 mv 传统示波器 8 位垂直分辨率 2 8 = 256 个量化级数 mv S 系列 ADC 10 位垂直分辨率 2 10 = 1024 个量化级数 mv 800 mv 量程时的最小分辨率图 2. 多数示波器都是采用 8 比特的 ADC, 而 S 系列示波器采用的是 40 GSa/s 10 比特 ADC, 分辨率提升了四倍图 3. 分辨率是信号完整性的一个重要属性提高 ADC 比特数或设置恰当的量程都能改进分辨率 3

4 量程设置对分辨率的影响量程设置对示波器的分辨率利用程度影响很大启用模数转换器 (ADC) 首先需要设置垂直刻度并尽可能全屏显示波形举个例子, 假如被测信号波形占据示波器屏幕的 ½, 那么 8 比特 ADC 实际被使用的位数就降到了 7 比特又假设波形只占屏幕的 ¼, 那么 ADC 实际被使用的效位数就从 8 比特降至 6 比特如果将波形放大到占据整个屏幕, 示波器 ADC 的 8 比特分辨率就可以得到最充分利用要获得最佳分辨率, 就必须使用最灵敏的垂直刻度设置, 在显示屏上尽可能接近满屏显示波形 ADC 示波器前端架构及使用的探头决定了示波器硬件能够支持将垂直量程设置降到多低所有示波器的垂直刻度设置都有一个极限点, 超过这个点, 硬件不再起作用, 这时, 即使用户继续使用旋钮将垂直刻度设置变得更低, 也不会改进分辨率, 因为这时用的是软件放大功能示波器厂商通常将这个点作为转折点, 在此之后, 即使将示波器的垂直刻度设置得更小, 也只能在显示效果上放大信号, 但无法像用户期待的那样提高分辨率, 因为这时示波器是用软件放大波形传统示波器在垂直量程设置降至 10 mv/ 格以下, 就会启用软件放大功能另外, 部分厂商的示波器会在较小的垂直刻度设置 ( 通常是 10 mv/ 格以下 ) 时, 自动将示波器带宽限制为远低于标称带宽的一个值因为这些示波器的前端噪声过于明显, 几乎不可能在全带宽上查看小信号我们现在对比一下两款示波器小信号具有一定的幅度, 当示波器垂直设置设为 2 mv/ 格或 16 mv 全屏时, 它会占据屏幕一定的空间, 这时我们来计算一下示波器对该小信号的分辨率 Agilent Infiniium 9000 系列示波器硬件支持的最小刻度是 7 mv/ 格, 低于该设置的垂直刻度, 是用软件放大实现的, 7 mv/ 格的设置意味着量程是 56 mv (7 mv/ 格 x 8 格 ), 该示波器采用了 8 比特 ADC, 量化级数是 256, 因此其分辨率为 16 mv/256, 即 218 uv Infiniium S 系列示波器采用了 10 比特 ADC, 硬件支持的最小垂直刻度是 2 mv/ 格, 并且该设置支持满带宽 2 mv/ 格设置对应的量程为 16 mv (2 mv/ 格 x 8 格 ), 因此分辨率为 16 mv/1024, 即为 15.6 uv 是传统的 8 比特示波器的 14 倍 ( 参见图 4) 16 mv 传统示波器 8 比特垂直分辨率垂直刻度设置低于 7 mv/ 格时, 通过软件放大来显示信号 218 uv* S 系列 ADC 10 比特垂直分辨率 2 10 = 1024 个量化电平 15.6 uv 16 mv 量程时的最低分辨率图 4. 查看小信号细节时, 示波器硬件所支持的最小量程是一个关键指标, 决定了您能否查看信号的最小分辨率 4

噪声要想查看低电流和电压值或是大信号的细微变化, 您应当选择具备低噪声性能 ( 高动态范围 ) 的示波器注 : 您无法查看低于示波器本底噪声的信号细节如果示波器本底噪声电平高于 ADC 的最小量化电平, 那么 ADC 的实际比特数就达不到其标称位数应达到的理想性能示波器的噪声来源包括其前端模数转换器探头电缆等, 对于示波器的总体噪声而言, 模数转换器本身的量化

Infiniium S 系列示波器结合使用低噪声前端和 10 比特 ADC, 可将噪声减少到一半大多数示波器厂商会在示波器出厂之前对其进行噪声测量, 并将测量结果列入到产品技术资料中如果您没有找到相应信息, 您可以向厂商索要或是自行测试示波器本底噪声测量非常简单, 只需花上几分钟即可完成首先, 断开示波器前面板上的所有输入连接, 设置示波器为 50 Ω 输入路径您也可以选择 1MΩ

5 噪声要想查看低电流和电压值或是大信号的细微变化, 您应当选择具备低噪声性能 ( 高动态范围 ) 的示波器注 : 您无法查看低于示波器本底噪声的信号细节如果示波器本底噪声电平高于 ADC 的最小量化电平, 那么 ADC 的实际比特数就达不到其标称位数应达到的理想性能示波器的噪声来源包括其前端模数转换器探头电缆等, 对于示波器的总体噪声而言, 模数转换器本身的量化误差的贡献通常较小, 前端带来的噪声通常贡献较大图 5. Infiniium S 系列示波器结合使用低噪声前端和 10 比特 ADC, 可将噪声减少到一半大多数示波器厂商会在示波器出厂之前对其进行噪声测量, 并将测量结果列入到产品技术资料中如果您没有找到相应信息, 您可以向厂商索要或是自行测试示波器本底噪声测量非常简单, 只需花上几分钟即可完成首先, 断开示波器前面板上的所有输入连接, 设置示波器为 50 Ω 输入路径您也可以选择 1MΩ 路径其次, 设置存储深度, 比如 1 M 点, 把采样率设为高值, 以得到示波器全带宽最后, 您也可打开示波器的无限余辉显示, 但波形的粗细并不一定代表噪声就一定大或小, 以实际测量的数值为准示波器通道在每个垂直量程设置上的噪声属性各有不同波形厚度可以直观反映示波器在该特定设置下的噪声大概范围, 准确测量应通过 V rms 交流测量来量化分析噪声情况您可以将测量结果绘制成噪声图, 以便进一步分析 ( 见图 7 ) 这些测量结果反映了每个通道在不同垂直刻度设置下的噪声值, 这决定着您所测得的电压数值的误差变化范围示波器的本底噪声不仅影响电压测量也影响水平参数的测量精度图 6. 您能够查看示波器的噪声量, 只需断开示波器的所有输入连接, 并测量每个垂直量程设置下的噪声 ( 电压真有效值 ) 本例中, 每通道的噪声都是仅为 1 mvrms 4 GHz 示波器的噪声对比示波器的噪声越低, 测量精度就会越高示波器噪声 (mv) 低噪声量程 (V) 图 7. 您可以比较不同厂商的示波器的本底噪声, 图中示例是两款同带宽 (4 GHz) Infiniium 示波器的本底噪声在不同量程设置下的对比示波器的噪声越低, 您就能获得越高的信号完整性 5

并且针对每个频点上的信号时延 ( 相位 ) 都相等频率响应平坦意味着信号在通过示波器内部通道时会产生相同的时延, 相同的幅度放大或缩小 ; 如果相位响应不平坦或幅度响应不平坦, 示波器显示的波形将会是失真的图 8.

6 频率和相位响应每个示波器型号都有自己的频率响应曲线, 它是用来衡量示波器在额定带宽内采集信号准确性的重要参数精确采集波形必须满足三个条件 1. 示波器的频响曲线必须平坦 2. 示波器的相位相应曲线必须平坦 3. 被测信号的关键频谱成份必须在示波器的带宽范围内上述三个条件缺一不可, 否则会导致示波器无法精确采集和再现波形偏离上述要求越大就意味着测量误差会越大任何被测信号都可看成是多次谐波的叠加, 每个谐波对应一个频率, 示波器的使用者当然希望示波器能够准确测量每个谐波成份的幅度理想情况下, 示波器在其带宽范围内应该有平坦的幅度响应, 并且针对每个频点上的信号时延 ( 相位 ) 都相等频率响应平坦意味着信号在通过示波器内部通道时会产生相同的时延, 相同的幅度放大或缩小 ; 如果相位响应不平坦或幅度响应不平坦, 示波器显示的波形将会是失真的图 8. 每个示波器都有自己独特的频率响应频率响应是否平坦对于信号完整性至关重要砖墙式频响示波器的带外噪声最低, 而高斯频响的边沿振铃最低该图图显示了 8 GHz 带宽示波器 Infiniium DSOS804A 的频率幅度响应垂直标度已放大到 1 db/ 格,8 GHz 带宽内的频响幅度变化十分轻微图 9. 两款示波器测试的是同一个信号, 他们的额定带宽采样率及其它设置均相同右图中的波形精确地再现了被测信号的各个频谱分量, 但左图中的波形却没有为什么有这种区别? 这是因为, 右图中的示波器的幅度和相位频响是平坦的, 而左图中的示波器的频响平坦度则稍逊 6

7 示波器的频率响应不平坦会导致显示出的波形失真您在选购示波器时, 可以向厂商索取频率响应数据厂商一般不会在示波器技术资料中附带频率响应图, 但通常可以根据您的要求来提供为了方便起见, 下面为您展示了各型号 Infiniium S 系列示波器的频率响应图图中设置如下 : 20 GSa/s 最大采样率 ;100 mv/ 格的垂直标度 ; 信号幅度占据屏幕 7.2 格示波器的整体频率响应受两个因素约束, 一个是示波器自身的频率响应, 另一个是所用探头或电缆的频率响应如果您使用的是一根 1.5 GHz 带宽的 BNC 电缆, 即使所用示波器带宽为 4 GHz, 那么系统的整体带宽瓶颈就是这根 BNC 电缆, 而不是示波器由于探头和电缆本身也具有频率响应, 所以您需要设法保证探头附件以及电缆不会对示波器系统带来限制, 以便使用示波器进行精确测量 500 MHz DSOS054A 示波器的幅度响应 1 GHz DSOS104A 示波器的频率响应 2 GHz DSOS204A 的幅度响应 2.5 GHz DSOS254A 示波器的幅度响应 4 GHz DSOS404A 示波器的幅度响应 6 GHz DSOS604A 示波器的幅度响应 7

校正滤波器有些示波器的频率响应完全是由其模拟前端滤波器决定的 ; 另一些示波器的频响则是有模拟前端和实时校正滤波器共同决定实时校正滤波器通常是用硬件 DSP 实现的, 并且会针对不同示波器家族略有调整, 目的是保证频率幅度和频率相位响应是平坦的由于不存在完美的模拟前端滤波器, 所以将实时校正滤波器与模拟前端滤波器的组合使用, 示波器的频率幅度和频率相位响应更加平坦在业内,

8 校正滤波器有些示波器的频率响应完全是由其模拟前端滤波器决定的 ; 另一些示波器的频响则是有模拟前端和实时校正滤波器共同决定实时校正滤波器通常是用硬件 DSP 实现的, 并且会针对不同示波器家族略有调整, 目的是保证频率幅度和频率相位响应是平坦的由于不存在完美的模拟前端滤波器, 所以将实时校正滤波器与模拟前端滤波器的组合使用, 示波器的频率幅度和频率相位响应更加平坦在业内, 较高质量的示波器一定会使用校正滤波器配合模拟前端滤波器, 以保证频响的平坦度频率响应的形状通常借助其滚降特征来体现砖墙式频响最受青睐, 这是因为该频响对带外噪声抑制力最强注意对一种极端情况, 即被测信号的边沿速度很快, 超过了示波器带宽的测量能力时, 砖墙式频响测得的波形有可能伴有轻微的欠冲和过冲现象, 相同的信号, 使用高斯频响的示波器来测量, 显示的过冲欠冲和振铃会小很多, 但缺点是带外噪声较大软件滤波器除了硬件实现的实时校正滤波器之外, 示波器还可以通过纯软件滤波方法增强示波器系统的频响平坦度软件带宽滤波器的的速度当然远比不上硬件滤波器, 而且要求示波器采用最大采样率以避免信号混叠现象相对于等效的硬件或模拟滤波器, 这种软件滤波器的信号完整性有可能不是最好的但是, 软件滤波器的优点在于灵活性较大例如,Infiniium PrecisionProbe 应用软件就是一款软件频响校正器该软件通过去除通道探头或电缆的影响, 来提高信号完整性另外, 它使用具有极快边沿的内部校准信号, 仅需两分钟时间就能评估探头或电缆的 S21 参数曲线根据该曲线产生反相的滤波器, 从而可以去除电缆或探头带来的信号损耗误差图 10. Infiniium PrecisionProbe 应用软件充分体现了软件校正频响滤波器的灵活性, 它能够帮助工程师快速确定电缆或探头的频率响应, 进而校正这个系统的频响, 去除电缆或探头带来的信号损耗误差 8

9 ENOB ( 有效位数 ) 有效位数 (ENOB) 是示波器动态性能的重要计量指标尽管某些示波器厂商会提供 ADC 本身的 ENOB 指标, 但这一数值没有意义倘若示波器前端噪声过大, 即便 ADC 具有较高的 ENOB, 整个测量系统的 ENOB 也会明显下降一般情况下, 示波器厂商不提供总体 ENOB 值, 但他们可根据用户的要求, 针对某个示波器型号进行评估并提供 ENOB ENOB 不是具体的数值, 而是借助一系列曲线进行描述 ENOB 是通过对固定幅度的正弦波信号进行扫频而测得 ; 特定的垂直刻度设置都对应一条 ENOB 曲线, 随着频率的变化而变化 ENOB 分析法可分为时域评估和频域评估法时域评估法是用测得的数据减去理论上的最佳正弦波数据计算得出 ENOB ENOB 曲线误差可能来自于示波器的前端, 比如不同频率下相位延迟的和幅度放大缩小的不确定性, 还有可能来自于 ADC 内插复用造成的失真对相同的信号, 我们也可以用频域评估法, 根据主频功率和该主频以外的宽带范围内的功率来计算 ENOB 两种方法得到的结果是相同的示波器的系统 ENOB 会比 ADC 自身的 ENOB 要低例如,8 比特的 Infiniium 9000 系列 1 GHz 带宽示波器的 ENOB 约为 6.5 比特,10 比特的 DSOS104 示波器 ( 也是 1GHz 带宽, 不同的是 ADC 位数和前置放大器噪声 ) 的 ENOB 为 8 比特为了加深您对 ENOB 的理解, 接下来我将会附上几个 Infiniiuum S 系列示波器的 ENOB 图, 其中被测信占屏幕的 7.2 格最大采样率为 20 GSa/s 500 MHz DSOS054A 示波器的 ENOB 图 1 GHz DSOS104A 示波器的 ENOB 图 2 GHz DSOS204A 示波器的 ENOB 图 2.5 GHz DSOS254A 示波器的 ENOB 图 9

10 一般来说,ENOB 越高越好但是, 我们不能把它作为评估信号完整性好坏的唯一指标 ENOB 没有考虑到示波器的水平和垂直偏置误差或相位失真等因素这一点必须引起工程师的高度重视 4 GHz DSOS404A 示波器的 ENOB 图 8 GHz DSOS804A 示波器的 ENOB 图 10

固有抖动抖动是指信号边沿对理想位置的偏移, 以 ps rms 或 ps pp 为单位抖动通常出现在高速数字系统中, 它的来源有很多种, 包括晶振产生的热噪声和随机机械噪声另外, 布线电缆和连接器中存在的码间干扰也会给系统增添额外的抖动过多的抖动是系统无法接受的, 因为抖动会造成时序违规, 从而导致系统操作失常例如, 通信系统存在过多抖动就会产生不可接受的比特误码率 (BER),

这种偏移就是示波器自身的固有抖动测量底因此在抖动测量中, 示波器无法分辨哪些抖动是来自被测器件或是示波器本身图 11. Infiniium S 系列示波器添加了新的时基模块时钟误差小于 0.

11 固有抖动抖动是指信号边沿对理想位置的偏移, 以 ps rms 或 ps pp 为单位抖动通常出现在高速数字系统中, 它的来源有很多种, 包括晶振产生的热噪声和随机机械噪声另外, 布线电缆和连接器中存在的码间干扰也会给系统增添额外的抖动过多的抖动是系统无法接受的, 因为抖动会造成时序违规, 从而导致系统操作失常例如, 通信系统存在过多抖动就会产生不可接受的比特误码率 (BER), 从而造成信号传输错误因此, 要想确保高速数字系统的可靠性, 您就必须执行抖动测量在测量之前, 您首先要了解示波器的抖动测量功能, 以及对测量结果的解析能力具体地说, 示波器首先对被测信号进行波形采样并存储每个波形都是由一组采样点构成理想情况下, 示波器能够采集采样点等间距的波形但在实际应用中, 示波器的内部电路缺陷会使 ADC 采样点水平偏移理想位置, 这种偏移就是示波器自身的固有抖动测量底因此在抖动测量中, 示波器无法分辨哪些抖动是来自被测器件或是示波器本身图 11. Infiniium S 系列示波器添加了新的时基模块时钟误差小于 0.1 ppm 固有抖动低于 100 fs ( 短期固有抖动 ) 理想情况下, 使用示波器对一个无抖动的理想信号进行抖动测量, 得到的抖动值应当为零但是, 我们必须要考虑示波器本身的抖动示波器抖动的来源有多个方面, 包括 : 多片 ADC 进行内插带来的误差,ADC 采样时钟输入信号的抖动, 以及其他内部抖动源这种水平偏移误差源的集合会构成一个总的水平时间误差, 即等效的采样时钟抖动 ( 简称为采样时钟抖动 ), 也可以叫做固有源抖动时钟 (SJC) 示波器厂商将其精简为术语固有抖动, 用于表示示波器在短时间内的最低固有抖动抖动测量底 = 函数 ( 噪声信号斜率固有抖动 ) 即便对无抖动的理想信号进行测量, 示波器的抖动测量结果也不会为零本底抖动表示示波器对一个无抖动的理想信号进行抖动测量的结果本底抖动的构成不仅包括上述提到的采样时钟抖动, 而且还包括垂直误差源产生的抖动, 例如垂直噪声和混叠的信号谐波垂直误差源能够影响水平时间测量, 因为它们可以改变阈值交叉点图 12. 使用 Infiniium S 系列示波器测量实际抖动所有型号采用相同的时基技术模块, 测得的抖动水平分量低于 100 fs ( 短期固有抖动 ) 与水平精度相关的示波器电路被称为时基, 用于确保时标精度和抖动水平分量时基电路设计得好的示波器, 固有抖动值有机会更低, 因为水平系统的抖动贡献少了, 如果垂直系统和其它电路贡献的抖动相同, 整体固有抖动就低 11

12 Infiniium DSO9404A Infiniium DSOS404A 图 13. 示波器厂商通过绘制 TIE 测量值与输入信号斜率的关系图 ( 如果使用的是正弦波信号, 则给出 TIE 测量值与频率的关系 ) 除 Infiniium S 系列以外, 所有其他示波器的固有抖动图都与左图类似从图中可以看出, 在示波器的水平系统成为决定性因素之前, 固有抖动始终是由信号斜率和垂直噪声决定的, 这就叫做抖动测量底 S 系列的抖动曲线与垂直噪声和斜率存在直接关系, 这表明示波器水平系统对总体固有抖动没有任何影响 Infiniium S 系列在处理 8 GHz ( 最大带宽 ) 输入正弦波信号时, 它的带内固有抖动低于 100 fs 总结您是否正在评测一台新的示波器, 希望确保它能够在广泛的频率范围内全面而精确地显示被测信号? 如果是, 您所选的示波器就应必须具备信号完整性的所有促成因素 : 高的垂直分辨率低固有噪声平坦的频率响应和适当的 ENOB Infiniium S 系列示波器整合了新的时基模块前端电路设计以及 10 比特的 ADC, 提供出色的测量功能, 可以为您提供同类产品中的最佳本底抖动和最出色的垂直信号属性 S 系列覆盖了 500 MHz 至 8 GHz 的带宽范围, 隶属于 Infiniium 示波器家族, 该家族的实时示波器带宽最高是 63 GHz 信号完整性指标示波器技术模块参考资料或文献分辨率 ADC 位数产品技术资料噪声前端电路大多数示波器厂商在产品技术资料中列出硬件支持的垂直刻度设置 ADC/ 前端产品技术资料一般不会规定软件放大模式的起始刻度部分厂商在垂直刻度设置较小时, 自动将带宽限制到较底的值频率响应平坦度模拟滤波器和校正滤波器产品技术资料通常不包含这个技术指标您需要向厂商索取特定型号的幅度和相位响应技术指标时标精度时基产品技术资料固有抖动量时基有的厂商提供, 有的不提供 ; 如果技术资料未包括这个指标, 请向厂商索要 ENOB ( 有效位数 ) 示波器垂直和水平系统组合有的厂商提供, 有的不提供 ; 如果技术资料未包括这个指标, 请向厂商索要请注意 : 尽管上述每个属性都很重要, 但是这七个属性之间的匹配度才是决定总体精度的最关键因素只有灵活运用这些属性的示波器才能提供更高的测量精度 12

13 词汇表 ADC ( 模数转换器 ): 通常是指示波器中一个将电压转变为数字幅度值的电子元件 ADC 的总体量化电平或输出电平级数等于 2n, 其中 n 是指 ADC 位数分辨率位数 : 分辨率位数用于衡量示波器在测量信号时可给出的潜在输出电平级数, 和 ADC 位数高分辨率模式和 / 或均值模式有关 ENOB( 有效位数 ): 有效位数 (ENOB) 通常表示 ADC 或示波器的动态范围 ENOB 考虑到了噪声和其他垂直失真来源 ADC 芯片的 ENOB 会比整个示波器系统的 ENOB 要高滤波器 : 滤波器是指一个具有特定频率响应特征的电路或算法滤波器可以是模拟电路, 也可用 DSP 硬件实现或通过软件方法实现, 但后者速度较慢频率响应 : 频率响应描述了示波器在特定带宽范围内的幅度或相位特征理想的频率响应图应当极为平坦, 且采用砖墙式频响前端电路 : 前端电路是指示波器 BNC 输入与 ADC 芯片之间的电路, 包括模拟滤波器 1 MΩ 和 50 Ω 路径间的开关转换电路和衰减器 ( 为 ADC 适当地缩放信号 ) 抖动 : 抖动是指信号边沿对理想水平位置的偏移示波器是测量目标系统抖动性能的理想工具然而, 示波器本身的固有抖动会对抖动测量造成影响固有抖动 : 示波器的固有抖动包括示波器内部的抖动测量值, 也被称为固有源抖动时钟 (SJC) 示波器厂商将其精简为固有抖动, 用于表示示波器在短时间内的最低固有抖动抖动测量底 : 抖动测量底是指示波器为抖动测量信号添加的误差, 换句话说, 它是示波器测量一个无抖动的理想信号所得到的抖动值本底抖动的构成不仅包括上文提到的采样时钟抖动, 而且还包括垂直误差源产生的抖动, 例如垂直噪声和混叠信号谐波噪声 : 噪声是指信号边沿对真实信号的垂向偏移您无法查看低于示波器噪声电平的信号细节如果噪声电平高于 ADC 量化电平, 那么 ADC 就达不到其标称的理想位数前端电路是示波器噪声的最大来源分辨率 : 示波器 ADC 的分辨率是指由模拟 - 数字转换器决定的最小量化电平示波器对多次采集的时间点求平均值可以得到较低的分辨率或者, 示波器采用过采样技术和 DSP 滤波器的高分辨率模式, 可以实现较高的分辨率采样时钟抖动 (SCJ): 采样时钟抖动是指抖动的水平分量时基 : 时基是指示波器中用于确保水平精度和低采样时钟抖动的电路 13

相关文献出版物标题出版物类型出版物编号 Agilent Infiniium S 系列示波器 (500 MHz 至 8 GHz) 技术资料 5991-3904EN Agilent Infiniium 90000A 系列示波器 (2.

14 相关文献出版物标题出版物类型出版物编号 Agilent Infiniium S 系列示波器 (500 MHz 至 8 GHz) 技术资料 EN Agilent Infiniium 90000A 系列示波器 (2.5 GHz 至 13 GHz) 技术资料 EN Agilent Infiniium X 系列示波器 (13 GHz 至 33 GHz) 技术资料 EN Agilent Infiniium Q 系列示波器 (20 GHz 至 63 GHz) 技术资料 EN 用于 Infiniium 系列示波器的 EZJIT 和 EZJIT Plus 抖动分析软件技术资料 EN 利用实时抖动分析查找抖动源应用指南 EN 使用 Agilent EZJIT Plus 软件进行抖动分析应用指南 EN 针对 EZJIT Plus 任意数据抖动分析选择适当的 ISI 滤波器大小应用指南 EN 选择 EZJIT Plus 软件所用的随机抖动带宽应用指南 EN 如欲下载上述文档, 请在网址中输入出版物编号 : 产品网站如欲了解最新最全面的应用和产品信息, 请访问安捷伦产品网站 : 14

15 myagilent myagilent 个性化视图为您提供最适合自己的信息! 局域网扩展仪器 (LXI) 将以太网和 Web 网络的强大优势引入测试系统中安捷伦是 LXI 联盟的创始成员 PCI 扩展仪器 (PXI) 模块化仪器提供坚固耐用基于 PC 的高性能测量与自动化系统 3 年保修安捷伦卓越的产品可靠性和广泛的 3 年保修服务完美结合, 从另一途径帮助您实现业务目标 : 增强测量信心降低拥有成本增强操作方便性安捷伦保证方案 5 年的周密保护以及持续的巨大预算投入, 可确保您的仪器符合规范要求, 精确的测量让您可以继续高枕无忧 Agilent Electronic Measurement Group DEKRA Certified ISO 9001:2008 Quality Management System 安捷伦渠道合作伙伴黄金搭档 : 安捷伦的专业测量技术和丰富产品与渠道合作伙伴的便捷供货渠道完美结合如欲获得安捷伦科技的产品应用和服务信息, 请与安捷伦公司联系如欲获得完整的产品列表, 请访问 : 请通过 Internet 电话传真得到测试和测量帮助热线电话 : 热线传真 : 安捷伦科技 ( 中国 ) 有限公司地址 : 北京市朝阳区望京北路 3 号电话 : (010) 传真 : (010) 邮编 : 上海分公司地址 : 上海市虹口区四川北路 1350 号中信泰富申虹广场 5 楼楼电话 : (021) 传真 : (021) 邮编 : 广州分公司地址 : 广州市天河北路 233 号中信广场 66 层室电话 : (020) 传真 : (020) 邮编 : 成都分公司地址 : 成都高新区南部园区天府四街 116 号电话 : (028) 传真 : (028) 邮编 : 深圳分公司地址 : 深圳市福田中心区福华一路六号免税商务大厦 3 楼电话 : (0755) 传真 : (0755) 邮编 : 西安分公司地址 : 西安市碑林区南关正街 88 号长安国际大厦 D 座 5/F 电话 : (029) 传真 : (029) 邮编 : 安捷伦科技香港有限公司地址 : 香港北角电气道 169 号 25 楼电话 : (852) 传真 : (852) 香港热线 : 香港传真 : (852) tm_asia@agilent.com 本文中的产品指标和说明可不经通知而更改 Agilent Technologies, Inc 出版号 : CHCN 2014 年 5 月印于北京

CHCN_8-14_K.indd

CHCN_8-14_K.indd 是德科技三个理由让您选择深存储快响应示波器应用指南介绍 1. 更长的波形捕获时间 = / 1 1 Mpts 10 GSa/s 1 2 100 Mpts 10 1. = / 1 Mpts 10 GSa/s 1 ms 2. = / 100 Mpts 10 GSa/s 10 ms 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts 3 3. 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts? Agilent

Infiniium DSO9404A (4 GHz) Infiniium DSOS404A (4 GHz) 眼图高度 1.55 V 眼图高度 1.75 V 图 1 (a). 即便是同品牌同带宽的示波器产品, 信号保真度和完整性水平也各有高低 这里是两款 4 GHz 带宽示波器测试同一个信号的眼图 两

Infiniium DSO9404A (4 GHz) Infiniium DSOS404A (4 GHz) 眼图高度 1.55 V 眼图高度 1.75 V 图 1 (a). 即便是同品牌同带宽的示波器产品, 信号保真度和完整性水平也各有高低这里是两款 4 GHz 带宽示波器测试同一个信号的眼图两