數(shù)字示波器的反應(yīng)特性有哪些？

      高速數(shù)字示波器選擇磚墻響應(yīng)類型的另一個(gè)重要原因是為了避免或盡量減少混疊現(xiàn)象。 使用數(shù)字示波器測(cè)量高速信號(hào)會(huì)出現(xiàn)圖像混疊的現(xiàn)象，主要是因?yàn)樵谠佻F(xiàn)采樣的高速信號(hào)時(shí)，有些信號(hào)混入了不需要的波形。 這些混合的信號(hào)頻率分量會(huì)使原始信號(hào)波形失真嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起測(cè)量誤差。

     圖像混疊現(xiàn)象多發(fā)生在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的連續(xù)信號(hào)中，其中包含超過(guò)奈奎斯特頻率的成分即采樣頻率的二分之一。 該分量在奈奎斯特頻域中折回并出現(xiàn)在示波器的測(cè)量帶寬中。 從頻率特性圖中可以清楚地看出，磚墻響應(yīng)示波器混疊的影響很小。

     在相同條件下可以清楚地看到，2GHz的奈奎斯特頻率以外的區(qū)域幾乎沒(méi)有信號(hào)，可以抑制混疊的發(fā)生。

     此外如果在20 GHz、10 GHz和5 GHz三個(gè)不同的采樣頻率下測(cè)量周期為2.2 ns、上升時(shí)間約為90 ps的波形，則會(huì)得到不同的結(jié)果。 采樣頻率越低上升時(shí)間的實(shí)際測(cè)量值越長(zhǎng)，呈現(xiàn)的波形越不真實(shí)。

     目前用于高速串行接口測(cè)量的實(shí)時(shí)采樣寬帶數(shù)字示波器，高性能型號(hào)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率高達(dá)20GHz左右。 一般為了減少圖形混疊的發(fā)生，高斯響應(yīng)示波器的采樣頻率需要是輸入信號(hào)的4～6倍，而磚墻響應(yīng)示波器只需2.5倍。

     通常頻段低于1GHz，所以大部分采用高斯反應(yīng)系統(tǒng)，1GHz以上的儀器大多采用磚墻反應(yīng)系統(tǒng)。 顯示了兩種電抗示波器的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

     根據(jù)性能要求選擇示波器

     那么如何選擇一款合適的示波器呢？ 

     計(jì)算測(cè)量信號(hào)的高頻分量 fmax。 即信號(hào)頻率分量的上限可以通過(guò)測(cè)量信號(hào)的上升時(shí)間來(lái)計(jì)算。 假設(shè)上升時(shí)間從20%遷移到80%，可以用數(shù)學(xué)公式（0.4/信號(hào)上升時(shí)間）來(lái)估計(jì)它的近似值，而不是直接從數(shù)據(jù)傳輸速率來(lái)估計(jì)。 對(duì)于流行的第三代總線PCIExpress其上升時(shí)間在大多數(shù)情況下在100ps左右。

     選擇示波器的響應(yīng)特性即在高斯反應(yīng)系統(tǒng)和磚墻反應(yīng)系統(tǒng)之間選擇一個(gè)合適的。 一般選擇后者多用于高速串行接口或總線應(yīng)用的測(cè)量。

     必須掌握必要的輸入帶寬它與上升時(shí)間的測(cè)量誤差有關(guān)。 某儀器公司做了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)：如果磚墻反應(yīng)系統(tǒng)允許3%的誤差，帶寬可以用（1.4×fmax）計(jì)算； 如果誤差被抑制在10%，用(1.2×fmax)計(jì)算；  20 當(dāng)允許誤差為%時(shí)，用(1.0×fmax)計(jì)算。

     估計(jì)低采樣頻率值。 該值將使用上面的帶寬值，對(duì)于磚墻反應(yīng)示波器來(lái)說(shuō)，該值較低（2.5×帶寬）。

     用以上四點(diǎn)來(lái)說(shuō)明一個(gè)案例：一個(gè)上升時(shí)間為100ps的數(shù)字信號(hào)，其fmax為4GHz選用磚墻電抗示波器。 假設(shè)上升時(shí)間誤差限制在 3%，則輸入信號(hào)的帶寬為 5.6GHz。 因此采樣低頻也需要14GHz。

    如果將14GHz的采樣頻率應(yīng)用于高斯反應(yīng)系統(tǒng)，則輸入帶寬變?yōu)?.5GHz，可測(cè)信號(hào)上升時(shí)間為220ps，與磚墻反應(yīng)系統(tǒng)相差一半。 一些寬帶實(shí)時(shí)示波器依靠靈活使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)磚墻反應(yīng)系統(tǒng)的特性。 畢竟僅靠電路技術(shù)是很難達(dá)到理想特性的。

    總之帶寬和采樣頻率的合適性是選擇昂貴示波器的重要指標(biāo)此外了解測(cè)試設(shè)備的特性也是掌握正確測(cè)量的關(guān)鍵要素。