高速示波器

美國(guó)力科公司(LeCroy)是專業(yè)專注于數(shù)字示波器。力科公司46年來(lái)保持著驚人的創(chuàng)新能力，持續(xù)為工程師們創(chuàng)造"最能解決問(wèn)題"的示波器。當(dāng)今數(shù)字示波器中的一些耳熟能詳?shù)?術(shù)語(yǔ)"都是力科最先發(fā)明或引入到示波器的LeCroy示波器最先具有"模擬余輝"功能，最先具有FFT功能，最先具有"測(cè)量統(tǒng)計(jì)"功能，最先具有參數(shù)"直方圖"功能，最先具有"抖動(dòng)追蹤"功能，最先具有"順序采樣"模式，最先具有連續(xù)比特位的"眼圖測(cè)量"方法，最先具有高級(jí)信號(hào)完整性分析工具"EyeDoctor"，等等。以下由力科廣州代理廣州富民講解原作用及構(gòu)成。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，示波器的帶寬至少應(yīng)比被測(cè)系統(tǒng)最快的數(shù)字時(shí)鐘速率高5倍。如果我們選擇的示波器滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，那么該示波器就能以最小的信號(hào)衰減捕捉到被測(cè)信號(hào)的5次諧波。信號(hào)的5次諧波在確定數(shù)字信號(hào)的整體形狀方面非常重要。但如果需要對(duì)高速邊沿進(jìn)行精確測(cè)量，那么這個(gè)簡(jiǎn)單的公式并未考慮到快速上升和下降沿中包含的實(shí)際高頻成分。

公式:fBW≥5xfclk

確定示波器帶寬的一個(gè)更準(zhǔn)確的方法是根據(jù)數(shù)字信號(hào)中存在的最高頻率，而不是最大時(shí)鐘速率。數(shù)字信號(hào)的最高頻率要看設(shè)計(jì)中最快的邊沿速度是多少。因此，我們首先要確定設(shè)計(jì)中最快的信號(hào)的上升和下降時(shí)間。這一信息通?？蓮脑O(shè)計(jì)中所用器件的公開說(shuō)明書中獲取。

利用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算信號(hào)的最大"實(shí)際"頻率成分。HowardW.Johnson博士就此題目寫過(guò)一本書《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》。在書中，他將這一頻率成分稱為"拐點(diǎn)"頻率(fknee)。所有快速邊沿的頻譜中都包含無(wú)限多的頻率成分，但其中有一個(gè)拐點(diǎn)(或稱"knee")，高于該頻率的頻率成分對(duì)于確定信號(hào)的形狀就無(wú)關(guān)緊要了。 第二步:計(jì)算fknee

fknee=0.5/RT(10%-90%) fknee=0.4/RT(20%-80%)

對(duì)于上升時(shí)間特性按照10%到90%閥值定義的信號(hào)而言，拐點(diǎn)頻率fknee等于0.5除以信號(hào)的上升時(shí)間。對(duì)上升時(shí)間特性按照20%到80%閥值定義的信號(hào)而言(如今的器件規(guī)范中通常采用這種定義方式)，fknee等于0.4除以信號(hào)的上升時(shí)間。但注意不要把此處的信號(hào)上升時(shí)間與示波器的上升時(shí)間規(guī)格混淆了，我們這里所說(shuō)的是實(shí)際的信號(hào)邊沿速度。 第三步就是根據(jù)測(cè)量上升時(shí)間和下降時(shí)間所需的精確程度來(lái)確定測(cè)量該信號(hào)所需的示波器帶寬。表1給出了對(duì)于具備高斯頻響或最大平坦頻響的示波器而言，在各種精度要求下需要的示波器帶寬與fknee的關(guān)系。但要記住的是，大多數(shù)帶寬規(guī)格在1GHz及以下的示波器通常都是高斯頻響型的，而帶寬超過(guò)1GHz的通常則為最大平坦頻響型的。 表1:根據(jù)需要的精度和示波器頻率響應(yīng)的類型計(jì)算示波器所需帶寬的系數(shù) 第三步:計(jì)算示波器帶寬

下面我們通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子進(jìn)行講解:

對(duì)于在測(cè)量500ps上升時(shí)間(10-90%)時(shí)具有正確的高斯頻率響應(yīng)的示波器，確定其所需的最小帶寬;如果信號(hào)的上升/下降時(shí)間約為500ps(按10%到90%的標(biāo)準(zhǔn)定義)，那么該信號(hào)的最大實(shí)際頻率成分fknee=(0.5/500ps)=1GHz

如果在進(jìn)行上升時(shí)間和下降時(shí)間參數(shù)測(cè)量時(shí)允許20%的定時(shí)誤差，那么帶寬為1GHz的示波器就能滿足該數(shù)字測(cè)量應(yīng)用的要求。但如果要求定時(shí)精度在3%范圍內(nèi)，那么采用帶寬為2GHz的示波器更好。

20%定時(shí)精度:示波器帶寬=1.0x1GHz=1.0GHz

3%定時(shí)精度:示波器帶寬=1.9x1GHz=1.9GHz

示波器可以分為模擬示波器和數(shù)字示波器，對(duì)于大多數(shù)的電子應(yīng)用，無(wú)論模擬示波器和數(shù)字示波器都是可以勝任的，只是對(duì)于一些特定的應(yīng)用，由于模擬示波器和數(shù)字示波器所具備的不同特性，才會(huì)出現(xiàn)適合和不適合的地方。

模擬示波器的工作方式是直接測(cè)量信號(hào)電壓，并且通過(guò)從左到右穿過(guò)示波器屏幕的電子束在垂直方向描繪電壓。

數(shù)字示波器的工作方式是通過(guò)模擬轉(zhuǎn)換器（ADC）把被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。數(shù)字示波器捕獲的是波形的一系列樣值，并對(duì)樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值是否能描繪出波形為止，隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。

數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO），數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。

模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進(jìn)。數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對(duì)示波管和掃描電路沒(méi)有特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲(chǔ)和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。廿世紀(jì)八十年代數(shù)字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢(shì)，模擬示波器的確從前臺(tái)退到后臺(tái)。