等 效 时 间 采 样 示 波 器 和 实 时 示 波 器 的 差 别 应 用 指 南 1608 以 前, 选 择 等 效 时 间 采 样 示 波 器 还 是 实 时 示 波 器, 取 决 于 对 带 宽 的 需 求 但 是 现 在 有 了 高 性 能 仪 器, 这 种 区 别 已 经 不 再 那 么 明 显 本 应 用 指 南 将 介 绍 这 两 种 类 型 的 示 波 器 如 何 对 输 入 波 形 进 行 采 样, 以 及 它 们 各 自 的 触 发 要 求 在 文 章 的 最 后, 我 们 详 细 总 结 了 每 种 示 波 器 的 优 势
实 时 示 波 器 实 时 示 波 器 就 像 ADC 一 样 实 时 示 波 器 有 时 也 称 为 单 次 示 波 器, 它 在 每 个 触 发 事 件 上 捕 获 一 个 完 整 波 形 也 就 是 说, 它 在 一 个 连 续 记 录 中 捕 获 大 量 的 数 据 点 为 了 更 好 的 理 解 这 种 数 据 采 集 类 型, 我 们 将 实 时 示 波 器 假 设 为 一 个 速 度 极 快 的 模 数 转 换 器 (ADC), 其 中 采 样 速 率 决 定 采 样 间 隔, 存 储 器 深 度 决 定 要 显 示 的 点 数 为 了 捕 获 任 何 波 形,ADC 采 样 速 率 要 明 显 快 于 输 入 波 形 的 频 率 该 示 波 器 采 样 速 率 可 以 达 到 40 GSa/s, 决 定 了 带 宽 目 前 可 扩 展 到 13 GHz 触 发 实 时 示 波 器 可 以 根 据 数 据 本 身 的 特 性 来 触 发 实 时 示 波 器, 并 且 通 常 输 入 波 形 的 幅 度 达 到 一 个 特 定 阈 值 时, 触 发 就 会 发 生 示 波 器 此 时 开 始 以 异 步 速 率 ( 与 输 入 波 形 的 数 据 速 率 没 有 任 何 关 联 ) 将 模 拟 波 形 转 换 为 数 字 数 据 点 该 转 换 速 率 即 采 样 速 率, 它 通 常 源 于 一 个 内 部 时 钟 信 号 示 波 器 对 输 入 波 形 的 幅 度 进 行 采 样, 并 将 这 个 幅 度 值 存 储 到 存 储 器 中, 然 后 继 续 下 一 个 采 样 ( 如 图 1 所 示 ) 触 发 的 主 要 工 作 是 为 输 入 数 据 提 供 一 个 水 平 时 间 参 考 点 输 入 信 号 采 样 时 钟 触 发 信 号 重 新 构 建 的 波 形 图 1- 使 用 实 时 示 波 器 进 行 波 形 采 集 2
等 效 时 间 采 样 示 波 器 每 周 期 一 个 采 样 等 效 时 间 采 样 示 波 器 有 时 简 称 为 采 样 示 波 器, 它 仅 测 量 采 样 瞬 间 波 形 的 瞬 时 幅 度 与 实 时 示 波 器 不 同, 等 效 时 间 采 样 示 波 器 的 每 次 触 发 只 对 输 入 信 号 采 样 一 次 下 次 触 发 示 波 器 时, 会 增 加 一 个 小 小 的 延 迟 然 后 进 行 下 一 个 采 样 预 期 的 采 样 数 决 定 重 新 生 成 波 形 所 需 的 周 期 数 测 量 带 宽 由 采 样 器 的 频 率 响 应 决 定, 测 量 带 宽 现 在 可 超 过 70 GHz 采 样 方 法 等 效 时 间 采 样 示 波 器 的 触 发 和 随 后 的 采 样 与 实 时 示 波 器 有 着 明 显 的 差 别 最 重 要 的 是, 等 效 时 间 采 样 示 波 器 为 了 执 行 操 作 需 要 一 个 显 式 触 发, 这 个 触 发 需 要 与 输 入 数 据 同 步 显 式 触 发 通 常 由 用 户 提 供, 但 有 时 也 可 以 使 用 硬 件 时 钟 恢 复 模 块 来 获 得 触 发 采 样 过 程 为 : 一 个 触 发 事 件 发 起 第 一 次 采 样, 然 后 示 波 器 重 新 调 整 并 等 待 下 一 个 触 发 事 件 重 新 调 整 的 时 间 约 为 25 µs 下 一 个 触 发 事 件 发 起 第 二 次 采 样, 并 在 对 第 二 个 数 据 点 采 样 之 前 添 加 一 个 极 小 的 增 量 延 迟 该 增 量 延 迟 时 间 由 时 基 设 置 和 采 样 点 数 确 定 如 图 2 所 示, 重 复 该 过 程 直 到 获 得 完 整 的 波 形 输 入 信 号 连 续 延 迟 重 新 调 整 的 时 间 触 发 信 号 重 新 构 建 的 波 形 触 发 电 平 触 发 采 样 图 2 - 使 用 等 效 时 间 采 样 示 波 器 进 行 波 形 采 集 3
等 效 时 间 采 样 示 波 器 ( 续 ) 触 发 等 效 时 间 采 样 示 波 器 有 两 种 方 法 可 以 触 发 等 效 时 间 采 样 示 波 器, 这 两 种 方 法 分 别 以 不 同 的 格 式 ( 比 特 流 或 眼 图 ) 显 式 数 据 结 果 查 看 信 号 中 的 单 个 比 特 可 以 使 用 户 看 到 系 统 中 的 码 型 依 赖, 但 是 不 能 以 高 分 辨 率 显 示 大 量 比 特 为 了 查 看 比 特 流, 触 发 在 输 入 码 型 期 间 必 须 只 发 出 一 次 脉 冲, 并 且 必 须 是 在 每 个 事 件 的 比 特 码 型 中 的 同 一 个 相 对 位 置 上 然 后 对 输 入 信 号 进 行 采 样 并 且 在 下 一 个 触 发 事 件 上 添 加 增 量 延 迟, 并 对 比 特 流 进 行 采 样 直 到 采 集 到 整 个 波 形 为 了 在 等 效 时 间 示 波 器 上 查 看 比 特 流, 必 须 有 一 个 重 复 的 波 形 ; 否 则 需 要 使 用 实 时 示 波 器 图 3 为 显 示 比 特 流 波 形 的 触 发 过 程 触 发 点 采 样 点 PRBS 码 型 触 发 重 新 调 整 的 时 间 连 续 延 迟 重 新 构 建 的 波 形 连 续 延 迟 全 屏 幕 扫 描 时 间 迹 线 点 数 图 3 - 比 特 流 码 型 波 形 的 采 样 过 程 4
眼 图 创 建 一 个 眼 图 另 一 种 查 看 模 式 是 眼 图 这 种 模 式 不 要 求 重 复 的 波 形, 并 且 可 以 帮 助 确 定 许 多 其 他 测 量 中 的 噪 声 抖 动 失 真 和 信 号 强 度 因 为 眼 图 模 式 查 看 的 是 比 特 流 中 每 个 比 特 组 合 叠 加 后 的 图 形, 因 此 它 可 以 得 到 系 统 性 能 的 总 体 统 计 数 据 眼 图 模 式 要 求 使 用 一 个 同 步 时 钟 信 号 来 进 行 触 发 在 每 个 触 发 事 件 处 ( 允 许 重 新 调 整 时 间 ), 示 波 器 对 数 据 进 行 采 样 并 在 整 个 屏 幕 上 显 示 所 有 可 能 的 1 和 0 组 合 的 合 并 结 果 触 发 可 以 使 用 全 速 率 时 钟 和 分 速 率 时 钟, 但 是 如 果 码 型 长 度 是 时 钟 分 割 比 率 的 偶 倍 数, 则 眼 图 会 丢 失 部 分 组 合 从 而 变 得 不 完 整 此 外, 如 果 使 用 数 据 作 为 其 自 身 的 触 发 条 件, 则 眼 图 可 以 完 整 地 显 示 出 来, 但 是 示 波 器 只 能 由 数 据 码 型 的 上 升 沿 进 行 触 发 为 了 进 行 精 确 的 眼 图 测 量 应 该 避 免 这 种 情 况 图 4 为 显 示 眼 图 的 触 发 过 程 实 时 眼 图 注 意, 我 们 还 可 以 使 用 最 新 的 实 时 示 波 器 来 查 看 眼 图 使 用 软 件 恢 复 时 钟 或 由 用 户 提 供 的 外 部 显 式 时 钟 可 以 构 建 这 些 实 时 眼 图 或 单 次 眼 图 实 时 示 波 器 按 照 恢 复 时 钟 周 期 的 间 隔 分 割 单 一 的 长 捕 获 波 形, 并 把 这 些 比 特 叠 加 在 一 起 来 重 新 创 建 眼 图 触 发 点 采 样 点 PRBS 重 新 调 整 的 时 间 连 续 延 迟 时 钟 触 发 重 新 构 建 的 波 形 一 个 比 特 图 4 - 眼 图 波 形 的 采 样 过 程 5
实 时 示 波 器 的 优 势 可 以 显 示 单 次 瞬 时 事 件 无 需 显 式 触 发 无 需 重 复 的 波 形 直 接 测 量 周 期 到 周 期 抖 动 长 记 录 长 度 / 深 存 储 器 适 用 于 故 障 诊 断 情 况 等 效 时 间 采 样 示 波 器 的 优 势 更 低 的 采 样 速 率 支 持 更 高 分 辨 率 ADC 转 换 更 宽 的 带 宽 更 低 的 本 底 噪 声 更 低 的 固 有 抖 动 可 以 包 括 前 端 光 学 模 块 可 以 用 于 TDR 以 获 得 阻 抗 测 量 和 S 参 数 测 量 能 够 以 更 低 的 成 本 获 得 解 决 方 案 6
参 考 文 献 出 版 物 名 称 出 版 物 类 型 出 版 编 号 Picking the Optimal Oscilloscope for Serial Data Signal Integrity 应 用 指 南 1556 5989-2581EN Validation and Debug Triggering Wide-Bandwidth Sampling Oscilloscopes For Accurate 产 品 指 南 86100-5 5989-2603EN Displays of High-Speed Digital Communications Waveforms Loop Bandwidth and Clock Data Recovery (CDR) in Oscilloscope 应 用 指 南 1304-6 5988-6682EN Measurements Choosing an Oscilloscope with the Right Bandwidth for your Application 应 用 指 南 1588 5989-5733EN Precision Waveform Analysis for High-Speed Digital Communications 应 用 指 南 5989-8362EN Using the 86100C and 86108A Agilent Infiniium DSO/DSA90000A series 技 术 资 料 5989-7819EN Agilent 86100C Wide-Bandwidth Oscilloscope Mainframe and Modules 技 术 资 料 5989-0278EN 安 捷 伦 示 波 器 从 20 MHz 到 >90 GHz 的 多 种 外 形 业 界 领 先 的 技 术 指 标 功 能 强 大 的 应 用 软 件 7
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