示波器:不是“拿来主义”

技术分类: 测试与测量  | 2006-05-10
Dan Strassberg,特约技术编辑

公布的最接近 5.625 GHz 的带宽是6GHz。5.625GHz以上6.67% 的余量可以有助于对探头的带宽衰减做出补偿。

  以下几点很重要。首先,探测这种高速串行总线要使用差分有源探头。在这种速度下,几乎所有总线都是差分的,信号摆幅很小,原因有几点:与单端电路不同,差分接收器能够抑制共模“噪声”,因而可以使用较小的信号摆幅;差分电路的辐射噪声亦较少,电源线路更不易受瞬态负载干扰。但较小的信号摆幅对无源探头是不利的,它会减少容性负载,通常会造成输入信号的衰减。其次,不可能用两个示波器输入端观察一个差分信号。因为这种方法不仅会使示波器上的通道数减半,而且输入端子也不足以与频率很好地匹配,结果是屏幕上会显示根本不存在的波形。

  数千兆赫 带宽的差分有源探头都非常小巧,它们的复杂度在今后几年还会上升。制造商并不认为有最好的方法来设计和描述这些设备的特性,但所有制造商都同意一个事实:如果你要获取数千兆赫的信号,将探头连接到被测设备上一定会增加被测信号的负载。

  制造商并不认为这个负载一定会对你希望看到的波形造成大的影响。然而,除非探头设计得非常仔细,否则负载效应不仅会很明显,而且会使糟糕
的波形显示得很完美,或正好相反。例如,探头引入的误差可以使一个好的波形表现为违反眼图遮蔽,或者可以使一个原本违反遮蔽的波形看起来正常。

  众所周知,探头会给被测设备增加容性负载。但是,探头的串接电感对于数千兆赫的响应有重要的影响。此外,探头的并联电容与串联电感之间的共振也对被测设备负载和探头频率响应与瞬态响应有很大的影响。

  探头智能化

  主要示波器制造商的现代探头系统都有在示波器与探头间双向通信的功能。现代有源探头的功能不仅是将探头针上的波形经放大或缓冲后送给示波器,示波器也不仅完成向探头提供电源的功能。例如,LeCroy 的最新型探头(见图1)可以存储动态探头校准数据。这个数据中不仅包括探头的偏移电压和直流增益,还有高频增益和高频相位(延迟)等特性数据。LeCroy的产品管理总监Mike Lauterbach 博士认为,所有制造商的超宽带示波器都使用了DSP技术,以修正垂直放大器的高频增益和高频相位特性。这种修正改善了响应,使之比未经修正的放大器响应更接近于需要的响应(一般是一个四阶Bessel低通滤波器)。

LeCroy 的最新型探头


  但就Lauterbach所知,只有LeCroy的WaveLink探头系列现在具有算法修正的探头响应。当你在几秒内将一支WaveLink探头连接到一台兼容的LeCroy示波器上时,修正功能会上载探头的校准数据,为探头的交流特性对示波器通道的垂直响应(出厂时测定,或者用LeCroy提供的夹具对探头作的最后一次特性描述)做出补偿。LeCroy使用了有校准功能的探头,它的11GHz示波器可提供更窄的 -3dB带宽,优于Agilent或Tektronix 的近似型号,在所有10GHz以上的实时示波器中,它具有最精确的高频交流响应和瞬态响应。LeCroy还指出了它与至少一个竞争对手的区别,那就是目前它不是用DSP扩展示波器的带宽。

  也许你没有注意过,现代宽带示波器都没有对应于10% ~ 90% 上升时间的频率响应,原有的公式是 TR="0".35/BW,其中TR=10% ~ 90% 上升时间,BW=-3dB带宽。而从下式无法确定示波器与探头的组合上升时间:公式

  首先,你必须仔细查看数据表的说明,以确定每个上升时间规格是否适用于信号输入步长幅度从 10% ~ 90%(或 20% ~ 80%)的时间。有时制造商会列出两个上升时间。有些总线物理层标准只用了 20% ~ 80% 的值,此时用 10% ~ 90% 的值只会造成混乱。除了“哪个上升时间”问题以外,老公式也不适用于新示波器和探头,因为新设备的高频滚降特性与模拟示波器不同,而这是旧规则成立的基础。如要了解更多有关深存储器的内容,以及在长长的波形记录中寻找异常的方法,请见附文2“采样存储:深奥的主题”。

  余辉模式

  余辉保留模式并不完全像很多人想象的那样工作(图2)。为避免混淆,下面作一个简单的说明,并且适用于所有品牌的示波器。注意余辉模式通常能够实时捕捉到高于示波器频率的正确波形(因为有限的实时采样率)。很多示波器用户错误地认为,捕捉这类波形需要用随机等效时间采样,但使用这种模式要小心,以避免难以觉察的错误(参考文献 1)。

余辉保留模式


  在使用余辉模式时,针对希望捕捉的波形,触发器在时间上就波形而言必须是稳定的。你可以采用触发波形特性或用其它触发源。每一次触发时,示波器都会获取波形采样,并将与触发时间相关的点显示在屏幕上。不过它并不在各点之间划线。默认情况下,有些示波器会增加正弦 x/x 插入点,也有一些示波器什么也不加。示波器只是将点放在屏幕上,或更准确地说,是把点放在显示处理

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