100個(gè)關(guān)于示波器使用的知識點(diǎn)（二）

25． PCB 板上的高速信號特征：XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信號：60ps，請問(wèn)需要多高帶寬的示波器才能精  確測量？測量誤差可達多少？
答：對 XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信號，聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)象 InfiniBand 信號，用正弦內插的方式，或類(lèi)似等效采樣的方式來(lái)采集，但由于本身帶寬和觸發(fā)抖動(dòng)等因素，在其測量 100ps ~ 130ps 范圍內的上升時(shí)間時(shí)，采用 7GHz 差分探頭可保證誤差<3%，對于< 80ps 的上升時(shí)間測量，其誤差會(huì )大于 10%, 雖然這已經(jīng)是實(shí)時(shí)示波器中*好的方案，單就上升時(shí)間測量而言，*精   確的方案是安捷倫的網(wǎng)絡(luò )分析儀(需配上物理層分析軟件)，因為其帶寬可高達 50GHz。

26． 對時(shí)鐘的相位噪聲參數的要求很高的設計，需要考慮哪些關(guān)鍵性的問(wèn)題來(lái)降低相位噪聲？
答：在 ADC,DAC 的器件中衡量性能有很多項指標：象位數、轉換速度、DC 精度、開(kāi)關(guān)性能、動(dòng)態(tài)性能（SNR, SINAD,IMD）等等。

27． 對時(shí)鐘的相位噪聲參數的要求很高的設計，怎樣測量相位噪聲？
答：從示波器的角度來(lái)看，可以測試 ADC,DAC 的模擬和數字信號的幅度，時(shí)間，轉換后的信號質(zhì)量，轉換速度，時(shí)鐘和數據的建立/保持時(shí)間等參數，還可以通過(guò) TDS 示波器中的上等運算功能（頻譜分析功能）來(lái)定性測量 SNR,SINAD 等參數。

28． 由于可能需要引入外界的時(shí)鐘，這樣時(shí)鐘存在 2 選 1 的問(wèn)題，此時(shí)用什么方案才能使相位噪聲的惡化*??？
答：首先要分析抖動(dòng)產(chǎn)生的來(lái)源，示波器來(lái)分析抖動(dòng)是一個(gè)很好的工具，目前可以使用TDS5000B/6000B/7000B系列示波器配合抖動(dòng)分析軟件進(jìn)行徹底抖動(dòng)分析，象確定抖動(dòng)(Dj)，隨機抖動(dòng)(Rj)，Rj 和 Dj 的分離，*后通過(guò)分析造成抖動(dòng)的原因來(lái)消除抖動(dòng)。

29． 在示波器上看波形時(shí)，用外觸發(fā)和自觸發(fā)來(lái)看有何區別？
答：示波器的通常觸發(fā)是邊沿觸發(fā)，其觸發(fā)條件有 2 個(gè)，觸發(fā)電平和觸發(fā)邊沿；即：信號的上升沿（或者下降沿）達到某一特定電平（觸發(fā)電平）時(shí)，示波器觸發(fā)。示波器只有在信號自觸發(fā)有問(wèn)題的時(shí)候才會(huì )使用外觸發(fā)，沒(méi)有哪一個(gè)更好的問(wèn)題。而這種問(wèn)題通?？赡苁?，信號比較復雜， 有很多滿(mǎn)足觸發(fā)條件的點(diǎn)，無(wú)法每次在同一位置觸發(fā)，從而得到穩定的顯示。這時(shí)需要使用外觸發(fā)。舉例如下：觀(guān)測上面的信號，由于 ABCD 各點(diǎn)都會(huì )觸發(fā)，示波器顯示波形將不能穩定。這時(shí)可以使用下面的信號作為觸發(fā)信號，示波器將得到能夠全部周期的顯示。

30． TDS3032B 的帶寬是 300MHz，采樣頻率為 2.5G/s，采樣頻率為帶寬的 8 倍。請問(wèn)帶寬和采樣頻率之間有什么固定關(guān)系？我們也有一款其它廠(chǎng)家的示波器，如泰克示波器。帶寬 100MHz、采樣頻率只有 200MHz。為什么兩個(gè)示波器的帶寬采樣頻率比相差這么大？
答：帶寬是示波器*重要的指標，因為在數字示波器中有 ADC，它的采樣率理論上需要滿(mǎn)足 Nyquist采樣定律，即被測信號的*高頻率信號的每個(gè)周期理論上至少需要采 2 個(gè)點(diǎn)，否則會(huì )造成混疊。但是在實(shí)際上還取決于很多其它的因素，比如波形的重構算法等。泰克示波器采用先進(jìn)的波形重構算法，被測信號的每個(gè)周期只需要 2.5 個(gè)點(diǎn)就能夠重構波形。也有的示波器采用線(xiàn)性插值算法，可能就需要 10 個(gè)點(diǎn)。一般采樣率是帶寬的 4－5 倍就可以比較準確地再現波形。
泰克的 TDS3000B 系列是“實(shí)時(shí)采樣”示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號的能力）＝重復帶寬，您所說(shuō)的另一種示波器的單次帶寬顯然不到 100MHz，您可以看一下它的指標。

31． 示波器指標中的帶寬如何理解？
答：帶寬是示波器的基本指標，和放大器帶寬的定義一樣，是所謂的－3dB 點(diǎn)，即，在示波器的輸入加正弦波，幅度衰減為實(shí)際幅度的 70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)稱(chēng)為帶寬。也就是說(shuō)，使用 100MHz 帶寬的示波器測量 1V，100MHz 的正弦波，得到的幅度只有 0.707V。這還只是正弦波的情形。因此，我們在選擇示波器的時(shí)候，為達到一定的測量精度，應該選擇信號*高頻率 5 倍的帶寬。

32． 測量系統的總帶寬如何獲得？
答：測量系統的總帶寬＝0.35/上升時(shí)間(1GHz 以下示波器)。

33． 在帶寬一定的條件下，采樣頻率太大是否也沒(méi)有太大的意義？
答：帶寬是限制被測信號高頻分量被捕獲的基本條件。使用泰克的示波器每個(gè)被測信號周期只需 2.5個(gè)點(diǎn)就能夠*大限度的重構波形。其它一些示波器需要大于 4 個(gè)樣點(diǎn)/周期，即 100MHZ 帶寬示波器單次采集至少需要 400MS/s 的采樣率，有些示波器甚至需要 10 個(gè)點(diǎn)（線(xiàn)性?xún)炔寮夹g(shù)）才能保證采集信號有意義。

34． 所謂高斯響應示波器和平坦響應示波器各有何優(yōu)缺點(diǎn)和適合的領(lǐng)域？
答：在示波器的規范中并沒(méi)有平坦相應和高斯相應的指標。在示波器中會(huì )出現類(lèi)似的比較或探討，可能有如下原因：
眾所周知，示波器是時(shí)域的儀器，從泰克發(fā)明**臺可觸發(fā)的模擬示波器以來(lái)，示波器的帶寬一直是*重要的指標，它是指示波器內部的前置放大器的模擬帶寬。但是，示波器帶寬的定義卻是頻域的定義，即正弦波幅度衰減到-3dB 點(diǎn)時(shí)的頻率點(diǎn)。一個(gè)復雜高速信號含有豐富的頻譜分量，如果需要精   確測量信號，必須知道它們的每一個(gè)頻譜分量的幅度和相位，所以示波器的幅頻特性和相頻特性非常重要。

從*近幾年的發(fā)展來(lái)看，目前數字示波器的帶寬越做越高，從泰克 2000 年推出 TDS7000 4GHZ 帶寬示波器，2001 年推出 TDS6000 6GHZ 帶寬示波器， 2003 年推出 TDS7704B 7GHZ 帶寬示波器，到*近 TDS6804B 8GHZ 帶寬示波器，帶寬幾乎每年都在提升。當示波器帶寬到達幾個(gè) GHZ 時(shí)，前置放大器作為模擬器件，保證良好的幅頻和相頻特性越來(lái)越難，泰克是掌握這一*關(guān)鍵技術(shù)的唯壹公司。有些廠(chǎng)商無(wú)法做到，就不得不采用其它的一些方法來(lái)修補模擬器件帶寬的不足，獲得更高的帶寬，頻響曲線(xiàn)自然發(fā)生變化。

隨著(zhù)目前各種高速信號越來(lái)越多，信號速率越來(lái)越快，對實(shí)時(shí)示波器提出了新的要求，示波器廠(chǎng)商的數字示波器中也出現了一些新的技術(shù)，*顯著(zhù)的是示波器通過(guò)數字信號處理技術(shù)（DSP）來(lái)得到更好的性能。DSP 就在數字示
波器主要應用包括：
增強帶寬
更快的上升時(shí)間
增益和波形校準與改善
幅度和相位的改善
光參考接收機歸一化

其中泰克的第三代示波器（DPO）就是 DSP 技術(shù)的*好體現。合理的利用 DSP 可以提升示波器測試的信號保真度。但是，DSP 技術(shù)的使用會(huì )是每一個(gè)示波器的使用者產(chǎn)生迷惑，特別是在“帶寬是否可以通過(guò) DSP 可以提升”，“示波器的帶寬是模擬帶寬，和 DSP 技術(shù)有何關(guān)系”，“當前的示波器帶寬到底是模擬帶寬還是 DSP 帶寬？”“DSP 技術(shù)帶來(lái)的負面效應是什么？” 在泰克*新的 TDS6804B 8GHZ 帶寬的示波器中的模擬帶寬是 7GHZ，通過(guò) DSP 增強后的帶寬是8GHZ，為了保證每一個(gè)測試人員對這兩種方式的理解，在 TDS6804B 中可以打開(kāi)和關(guān)閉 DSP 的帶寬增強功能。泰克將 DSP 增強帶寬帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題告訴每一個(gè)測試人員，幫助測試人員理解模擬帶寬和 DSP增強帶寬的測試結果，更好的進(jìn)行高速信號測試。

35． 除高斯響應示波器和平坦響應示波器之外，還有基于其它響應的示波器嗎？
答：示波器前置放大器的頻響特性是決定測試結果的*關(guān)鍵因素，它由模擬器件決定。關(guān)鍵在于用何種方法來(lái)獲得足夠的頻響。

36． 以前在用 TDS744,TDS745 等示波器時(shí)，使用的是無(wú)源探頭(如 P6139A,帶寬 500M)。在購買(mǎi)了有源探頭(P6237)之后, 從測試波形來(lái)看(特別是測高頻信號時(shí)),兩者的測試結果差異較大. 從探頭參數得知, 有源探頭的輸入電容<1pF,而無(wú)源探頭則為 10pF 左右. 這樣看來(lái)應該是有源探頭的測試結果更能反映信號真實(shí)的情況. 既然無(wú)源探頭對高頻信號衰減很大, 那么 500M 的帶寬有什么意義呢? 如何根據測試情況來(lái)選擇使用有源或無(wú)源探頭？
答：您的 P6139A 探頭加上泰克的 500MHz 示波器典型帶寬值還是可以達到 500MHz，但是正如您所說(shuō)，其輸入電容不同，這一電容將產(chǎn)生對于待測信號的負載效應，造成信號振鈴，形狀發(fā)生改變，因此這個(gè)時(shí)候使用有源探頭

時(shí)能反映信號的真實(shí)情況。實(shí)際上，使用探頭不光要考慮帶寬，所有這些因素我們在測量高頻信號的時(shí)候都要考慮：
帶寬/上升時(shí)間
動(dòng)態(tài)范圍
負載效應
接地效應
共振效應
尤其 P6139A 時(shí)您還要考慮地線(xiàn)的影響，探頭上的接地線(xiàn)也會(huì )帶來(lái)振鈴，測量高頻信號的時(shí)候應該盡量縮短地線(xiàn)的長(cháng)度。
另外，您使用的 P6247 是有源差分探頭，共模的影響也可能是一個(gè)因素。選擇無(wú)源探頭主要是因為其動(dòng)態(tài)范圍大，比如 P6139A 可以測量從毫伏到幾百伏的信號，而 P6247只能測量＋－8.5V 的信號。另外有源探頭價(jià)格也是一個(gè)因素。

37．實(shí)驗時(shí)，示波器接地線(xiàn)后，導致 MOsfet 炸掉，現在將示波器都剪掉了地線(xiàn)。這是什么原因？
答：為保證測試中的人身**以及獲得良好的測量效果，一般示波器的所有探頭的地線(xiàn)都與機殼連接在一起，并連接到示波器電源線(xiàn)的地線(xiàn)。因此，您在電源中測量 MOSFET 管波形的時(shí)候，如果其中任何一個(gè)點(diǎn)都不是地，就會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題，如下圖所示。
剪斷地線(xiàn)可以防止對 MOSFET 管測試中的短路問(wèn)題，但是也會(huì )帶來(lái)一些其它的測試問(wèn)題，比如示波器機殼帶電，示波器機殼分布參數對測量信號造成影響等。解決的辦法是使用差分探頭，比如泰克的 P5205，可以測量所謂的 2 個(gè)測試點(diǎn)都不是地的差分信號。

38．用示波器抓取數據時(shí)，發(fā)現存儲的文本里只有當前屏幕的數據，且是按照 resolution 為時(shí)間間隔的。如何利用軟件實(shí)時(shí)處理數據（matlab?），如何抓到更多數據？
答：泰克示波器采用壓縮屏幕的顯示風(fēng)格，即屏幕顯示的波形為采集下來(lái)的所有數據，配合TDS5000B 的 multiViewZoom 功能，可以方便顯示所有波形。泰克 TDS5000B，TDS6000，TDS7000B，TDS8000B 系列示波器都采用完全開(kāi)放的 WINDOWS平臺，支持當前所有的流行工具，象 Matlab，LabView，VB，VC，.NET，MicroSoft Office VBA 等 等 ，可以靈活進(jìn)行數據分析和處理。
這些分析工具還可以直接安裝在示波器里面，構成一臺集數據采集，分析，顯示，處理的儀器。單次采集更多的數據，需要示波器配備更深的存儲深度，象 TDS5000B 系列通用示波器可以支持到 16M 內存。