如何选择一款适合的示波器

随着示波器技术的发展,示波器经过模拟时代、简单测量的数字存储示波器时代,已经发展 成为现代的一种非常复杂的分析工具,具有波形参数测量、数据处理、眼图、抖动、误码率 分析等功能,并支持用户的自定义二次开发,使示波器具有用户所需要的独特功能,对信号 进行实时分析,如图1所示。示波器的选择也远比以往要复杂得多

如何选择一款适合的示波器

  

在示波器的选择上,大家都知道需要考虑带宽、采样率、存储深度等三大主要指标,还有触 发功能、上升沿速度、测试一致性、扩展分析功能等因素。这些指标和功能之间是相互关联、 甚至在一定程度上存在制约关系,如在采样率、存储深度和所观测的波形时间长度上就存在 如下数学关系:存储深度=采样率×波形时间长度。

随着示波器复杂程度的增加,在任何一个档次示波器的三大指标的比较选择上,都要考虑其 要求的工作状态是什么。在采样率的选择上,需要注意示波器的工作通道数,所用的存储深 度是多少,不同的示波器所标注的指标要求的工作状态不同,有的4通道示波器在单通道/ 双通道/全通道工作时,其采样率是4/2/1的倍数关系,而有的示波器在采样率和存储深度的 使用上存在相互制约的关系,不能同时达到示波器物理配置的最大值。这样在使用时就要求 用户注意手中示波器的工作状态及在此状态下的采样率,才能知道目前所采集观察的信号波 形的可信度。因为数字示波器的任何分析功能都是基于它对信号的采样与复原,在采样率不 同的情况下,对同一个信号,示波器所捕获和恢复出的波形会有所不同。根据采样定理,对 于理想的正弦波,采样率最小是信号频率的2倍,那么反推示波器,在测试理想正弦波时, 从数值上来说,其最大有效带宽是采样率的1/2,更何况现实中的信号没有理想正弦波,而 一般是要考虑其3次、5次甚至更高次谐波的测试分析。由此大家可以很容易看到采样率对示 波器测试信号的重要性。

在作数字信号测试分析时,目前主要是对高速串行数据及其时钟的分析,这就要求示波器采 集大量连续数据,进行软件恢复时钟,进而进行眼图、模板故障定位、抖动分析等测试测量 工作。但是有经验的工程师都知道,示波器的常规工作方式是采用允许最大存储深度的方式, 也就是说,在调节仪器的时基旋钮以使示波器能够一次采集大量采样点数据时,示波器的采 样率有可能会随着示波器时间窗口的增长而降低,此时虽然采集了足够长时间的信号,但是 由于采样率的降低,信号的细节信息可能有所丢失,而此项操作的目的:眼图及抖动分析, 恰恰是关注信号的细节部分。目前示波器有两种工作方式,一种是设定最大存储深度,也就 是前面所说的常规方式,它是通过调节波形时间长度来带动采样率变化;另一种是固定采样 率方式,调节波形时间长度,带动存储深度变化,如图2所示。后一种方式的好处在于采样 率不因时间长度的变化而变化,也就不会在观测长时间信号时丢失信号细节。以上是数字工 程师可能会遇到和考虑的问题。

如何选择一款适合的示波器

 

现在的示波器是一个功能强大、非常复杂的测量、分析工具,带宽也越来越高,实时示波器 硬件带宽已经到11GHz、12GHz,而有的公司已经宣布将在2006年推出20GHz 带宽的实时示 波器,采样示波器带宽更是高达100GHz。面对如此复杂的仪器,在选则上只考虑三大主要 技术指标是不够的。因为示波器的应用已经走到每个电子工程师的日常工作中,工程师需要 它来完成多种多样的测量、分析功能,就必然要依据所要求的功能,结合待测信号的特点进 行仪器的选择。射频工程师希望示波器能够实时分析射频模拟信号,会考虑波形参数或基波 及调制信号的分析,要求仪器在带宽、采样率等硬件指标满足要求的同时具有支持个性化分 析的功能,有很好的软件支持、分析能力和速度,例如与 MATLAB 等流行分析软件的协同 工作能力。数字工程师则会考虑时钟、数据等实时参数测量、分析、眼图模板、抖动测试等 功能,以及查找问题所在和分析原因,需要针对码速率或上升沿选择仪器带宽、采样率,进 而确定存储深度等相关指标,并根据分析要求对仪器的功能进行选择。用户自定义分析功能 见图3。

如何选择一款适合的示波器

示波器的任何一个功能都是基于对信号的采样复原,都是以采样、存储为基础的,那么在示 波器的选择上,采样率就是一个基本点。以应用目的为导向,在明确应用的同时,根据所测 信号对仪器的要求进行示波器的选择是原则,而应用和信号对仪器的要求,就要花时间和精 力在三者之间寻找切合点。

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