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等效时间采样示波器和实时示波器的差别?

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发表时间:2019-12-21 13:55作者:是德科技(零式未来转载)来源:是德科技

以前,选择等效时间采样示波器还是实时示波器,取决于对带宽的需求。但是现在有了高性能仪器,这种区别已经不再那么明显。本应用指南将介绍这两种类型的示波器如何对输入波形进行采样,以及它们各自的触发要求。在文章的最后,我们详细总结了每种示波器的优势。

实时示波器

实时示波器就像 ADC 一样

实时示波器有时也称为“单次”示波器,它在每个触发事件发生时捕获一个完整波形。也就是说,它在一个连续记录中捕获大量的数据点。为了更好地理解这种数据采集,我们将实时示波器假设为一个速度极快的模数转换器(ADC),其中采样率决定采样间隔,存储器深度决定要显示的点数。为了捕获任意波形,ADC 采样率要明显快于输入波形的频率。该示波器的采样率可以达到 80 GSa/s,决定了带宽目前可扩展到 63 GHz。

触发实时示波器

可以根据数据本身的特性来触发实时示波器,并且通常输入波形的幅度达到一个特定阈值时,触发就会发生。示波器此时开始以异步速率 (与输入波形的数据速率没有任何关联) 将模拟波形转换为数字数据点。该转换速率即为采样率,通常由内部时钟信号决定。示波器对输入波形的幅度进行采样,并将这个幅度值存储到存储器中,然后继续下一个采样 (如图 1 所示)。触发的主要工作是为输入数据提供一个水平时间基准点。

图 1― 使用实时示波器采集波形


等效时间采样示波器

每周期一个采样

等效时间采样示波器有时简称为“采样示波器”,它仅测量采样瞬间波形的瞬态幅度。与实时示波器不同,等效时间采样示波器的每次触发只对输入信号采样一次。下次触发示波器时,会增加一个小小的时延然后进行下一个采样。预期的采样数决定重新生成波形所需的周期数。测量带宽由采样器的频率响应决定,测量带宽现在可超过 80 GHz。

采集方法

等效时间采样示波器的触发和随后的采样与实时示波器有着明显的差别。最重要的是,等效时间采样示波器为了执行操作需要一个显式触发,这个触发需要与输入数据同步。显式触发通常由用户提供,但有时也可以使用硬件时钟恢复模块来获得触发。采样过程为 : 一个触发事件发起**次采样,然后示波器重新准备并等待下一个触发事件。重新准备的时间约为 25 µs。下一个触发事件发起第二次采样,并在对第二个数据点采样之前添加一个**的增量时延。该增量时延由时基设置和采样点数确定。如图 2 所示,此过程会一直重复,直到获得完整的波形。

图 2 ― 使用等效时间采样示波器采集波形

触发等效时间采样示波器

有两种方法可以触发等效时间采样示波器,这两种方法分别以不同的形式 (比特流或眼图) 显示数据结果。查看信号中的单个比特可以使用户看到系统中的码型相关性,但是不能以高分辨率显示大量比特。要查看比特流,触发在输入码型期间必须只发出一次脉冲,并且必须是在每个事件的比特码型中的同一个相对位置上。然后对输入信号进行采样并且在下一个触发事件上添加增量时延,并对比特流进行采样直到采集到整个波形。要在等效时间示波器上查看比特流,必须有一个重复的波形;否则需要使用实时示波器。图 3 为显示比特流波形的触发过程。

图 3 ― 比特流码型波形的采样过程


眼图

创建眼图

另一种查看模式是眼图。这种模式不需要重复的波形,并且可以帮助确定许多其他测量中的噪声、抖动、失真和信号强度。因为眼图模式查看的是比特流中每个比特组合叠加后的图形,因此可以得到系统性能的总体统计数据。眼图模式要求使用一个同步时钟信号来进行触发。在每个触发事件处 (允许重新准备时间),示波器对数据进行采样,并在整个屏幕上显示所有可能的 1 和 0 组合的合并结果。触发可以使用全速率时钟和分速率时钟,但是如果码型长度是时钟分割比率的偶数倍,则眼图会丢失部分组合从而变得不完整。此外,如果使用数据作为其自身的触发条件,则眼图可以完整地显示出来,但是示波器只能由数据码型的上升沿进行触发。为了进行**的眼图测量,应该避免这种情况。图 4 为显示眼图的触发过程。

实时眼图

注意,我们还可以使用最新的实时示波器来查看眼图。使用软件恢复时钟或由用户提供的外部显式时钟,可以构建这些“实时眼图”或“单次”眼图。实时示波器按照恢复时钟周期的间隔分割单一的长捕获波形,并把这些比特叠加在一起来重新创建眼图。

图 4 ― 眼图波形的采样过程

实时示波器的优势

–可以显示单次瞬态事件

–无需显式触发

–无需重复的波形

–直接测量周期间抖动

–长记录长度/深存储器

–适用于故障诊断

等效时间采样示波器的优势

–更低的采样率支持更高分辨率ADC 转换

–更宽的带宽

–更低的本底噪声

–更低的固有抖动

–可以包括前端光学模块

–能够以更低的成本获得解决方案


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