實(shí)時(shí)示波器

用作 ADC 的等效時(shí)間采樣示波器

實(shí)時(shí)示 波器有時(shí)也 稱為“單次”示 波器，每次 觸 發(fā)時(shí)將會(huì) 捕獲 一 個(gè)完 整 波 形。 換言之，它在一個(gè)連續(xù)記錄中會(huì)捕獲大量數(shù)據(jù)點(diǎn)。為了更好地理解這種類(lèi)型的 數(shù)據(jù)采集，我們可以把它想象成一臺(tái)速度極快的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，其采樣率 決定了采樣間隔，而存儲(chǔ)器深度則決定了將會(huì)顯示的點(diǎn)數(shù)。為了捕獲各種波形， ADC 的采樣率需要明顯高于輸入波形的頻率。這個(gè)采樣率最高可以達(dá)到 256 GSa/s， 決定了帶寬現(xiàn)在擴(kuò)展到 110 GHz。

觸發(fā)實(shí)時(shí)示波器

實(shí)時(shí)示波器可以根據(jù)數(shù)據(jù)本身的特征觸發(fā)，通常是在輸入波形的幅度達(dá)到某個(gè)閾值 時(shí)發(fā)生觸發(fā)。這時(shí)，示波器開(kāi)始將模擬波形異步轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣點(diǎn)，轉(zhuǎn)換速率與 輸入波形的數(shù)據(jù)速率無(wú)關(guān)。該轉(zhuǎn)換速率稱為采樣率，通常來(lái)自內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。如圖 1 所示，示波器對(duì)輸入波形的幅度進(jìn)行采樣，將采樣值保存到存儲(chǔ)器中，然后繼續(xù) 進(jìn)行下一次采樣。觸發(fā)器的主要任務(wù)是為輸入的數(shù)據(jù)提供一個(gè)水平時(shí)間參考點(diǎn)。

等效時(shí)間采樣示波器

每次進(jìn)行一次采樣

等效時(shí)間采樣示波器有時(shí)也簡(jiǎn)稱為“采樣示波器”，它只測(cè)量采樣瞬間波形點(diǎn)的 瞬時(shí)幅度。與實(shí)時(shí)示波器不同的是，它只在每次觸發(fā)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行一次采樣。 示波器在下一次觸發(fā)時(shí)會(huì)增加一個(gè)小時(shí)延，然后進(jìn)行下一次采樣。想要獲得的樣 本數(shù)量決定了重現(xiàn)波形所需要的波形周期數(shù)。測(cè)量帶寬由采樣頭的頻率響應(yīng)決定， 目前可以擴(kuò)展到 80 GHz 以上。 相比實(shí)時(shí)示波器，等效時(shí)間采樣示波器的觸發(fā)和后續(xù)采樣有一些非常明顯的區(qū)別。

采樣方法

最重要的是，等效時(shí)間采樣示波器需要一個(gè)顯式觸發(fā)器才能工作，而且該觸 發(fā)器需要與輸入數(shù)據(jù)同步。該觸發(fā)器通常由用戶提供，但在某些情況下，也可 以通過(guò)硬件時(shí)鐘恢復(fù)模塊來(lái)獲得觸發(fā)信號(hào)。采樣流程如下 ：一個(gè)觸發(fā)事件啟 動(dòng)對(duì)第一個(gè)樣本的采集，然后示波器重新準(zhǔn)備好等待下一個(gè)觸發(fā)事件。重新 準(zhǔn)備的時(shí)間約為 25 μs。下一個(gè)觸發(fā)事件啟動(dòng)第二次采集，并在對(duì)第二個(gè)數(shù)據(jù) 點(diǎn)采樣之前添加精確的增量時(shí)延。該增量時(shí)延的大小由時(shí)基設(shè)置和采樣點(diǎn)數(shù)量 決定。如圖 2 所示，重復(fù)執(zhí)行這個(gè)流程，直到完成整個(gè)波形的采集。

等效時(shí)間采樣示波器（續(xù)）

觸發(fā)等效時(shí)間采樣示波器

有兩種方法可以觸發(fā)等效時(shí)間采樣示波器，分別得到兩種數(shù)據(jù)顯示格式 ：比特 流或眼圖。通過(guò)查看信號(hào)中的單個(gè)比特，用戶可以了解系統(tǒng)中的碼型依賴關(guān)系， 但在比特?cái)?shù)量較大時(shí)不允許使用高分辨率。為了查看比特流，觸發(fā)器只能在輸入 碼型周期內(nèi)發(fā)射一次脈沖，并且必須在每個(gè)事件的比特碼型中處于同一相對(duì)位置。 然 后，示波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，在下一 個(gè)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)添加增量時(shí)延， 然后對(duì)比特流進(jìn)行采樣，直到采集完整個(gè)波形。如果要在等效時(shí)間示波器上查看 比特流，您必須有一個(gè)重復(fù)波形，否則需要使用實(shí)時(shí)示波器。顯示比特流波形的 觸發(fā)過(guò)程如圖 3 所示。

眼圖

創(chuàng)建眼圖

另一種信號(hào)顯示模式是眼圖。這種模式不需要重復(fù)的波形，有助于確定噪聲、抖動(dòng)、 失真、信號(hào)強(qiáng)度以及許多其他測(cè)量結(jié)果。它能夠給出系統(tǒng)性能的總體統(tǒng)計(jì)視圖， 因?yàn)樗榭吹氖潜忍亓髦忻總€(gè)比特組合的疊加結(jié)果。這種模式需要的是同步時(shí)鐘 信號(hào)觸發(fā)。每當(dāng)發(fā)生觸發(fā)事件時(shí)（允許示波器重新準(zhǔn)備觸發(fā)），示波器會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行采樣，并且在屏幕上構(gòu)建所有可能的 1 和 0 組合。全頻時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘均可用于 觸發(fā)，但是，如果碼型的長(zhǎng)度是時(shí)鐘分頻比的偶數(shù)倍，則眼圖會(huì)缺少組合，因而 不完整。此外，如果將數(shù)據(jù)用作自身的觸發(fā)信號(hào)，則眼圖看起來(lái)可能完整，但示波 器只會(huì)在數(shù)據(jù)碼型的上升沿上觸發(fā)。想要得到精確的眼圖測(cè)量結(jié)果，我們應(yīng)當(dāng)避免 采用這種方式。顯示眼圖的觸發(fā)過(guò)程如圖 4 所示。

實(shí)時(shí)眼圖

值得注意的是，您還可以通過(guò)更新型的實(shí)時(shí)示波器上查看眼圖。這些“實(shí)時(shí)眼圖” 或“單次”眼圖使用軟件恢復(fù)時(shí)鐘或用戶提供的外部顯式時(shí)鐘構(gòu)建。實(shí)時(shí)示波器 采用與恢復(fù)時(shí)鐘周期等間隔對(duì)單次捕獲的長(zhǎng)波形進(jìn)行切片，然后將這些比特疊加 起來(lái)重新生成眼圖。