示波器重要“要害目标”——丈量精确度/信号完整性

整个电子职业对速度及功用的不懈寻求正不断改动高端示波器的规范。尽管当评价示波器时，带宽曾经是客户和销售商重视的“要害目标”，可是捕获和剖析当今最快串行和光信号所需求的精确度（即：丈量精确度和信号完好性）已经成为当时最重要的要素。

可是，什么是丈量精确度？

带宽是一种用于比较一台仪器和另一台仪器不同的简略办法——具有最高带宽的那台一定是最好的，对吗？可以必定的是，带宽是很重要的，关于高速运用而言，高带宽是必需的。可是，示波器的真实意图是要尽或许精确地显现感兴趣的信号，而且背面更为杂乱，触及仪器的根本规划、探头架构和衔接配件、以及带宽之外的参数（包含上升时刻、采样率和颤动本底噪声）。

当挑选示波器时，工程师应评价的要害参数概述如下表所示：

商场驱动要素——需求更佳信号完好性

高速信号很简单发生信号完好性问题，由于它们触及快沿和极窄的单位距离或位次（bittimes）。跟着通讯链路数据速率的添加，将添加两件事的发生：用户界面缩小，信号上升时刻削减。例如，经过将5Gb/s脉冲与8Gb/s脉冲进行比较得出，位宽从200ps降为125ps。这使得一项规划的裕量减小了38％。此外，这也使得接纳机的作业愈加困难，由于它企图以更小的裕量，用十分快的数据速率将1与0（零）进行区别。一起，上升时刻也从约30ps削减为刚好超越28ps。8GB/s信号展现如下：

使问题杂乱化的事实是，当被传输信号进入接纳机时，或许发生多个信号完好性问题。这些信号完好性问题或许包含当此信号流经电路板或从硅芯片进入封装引脚再进入电路板时发生的信号衰减。通道内的信号衰减是一个十分严峻的问题，有必要加以解决。PCB资料（如：FR–4）内的信号丢失量随线路长度的添加及数据速率的进步而添加。因信号起伏的缩小，噪音和反射正成为一个更大的影响要素。客户需求在接纳机中采用去嵌入战略，以翻开闭合的眼图。

跟着第三代串行数据规范的呈现，8-10Gb/s正逐渐成为职业规范。在光通讯商场中，因以太网（Ethernet）发展到4×25G（100GbE），规划人员需求可以运用高达32Gb/s的比特率对信号进行测验。一起，高速FPGA和宽带射频也推动了极限值的扩展。泰克公司的DPO/DSA73304D为这些高端运用程序供给业界最精准的丈量功用。

技能渠道与打破

泰克公司为了供给业界抢先的DPO/DSA73304D示波器功用，采用了IBM8HP锗化硅技能。这是一种130纳米锗化硅双极互补金属氧化物半导体（BiCMOS）工艺，运用200GHz的FT转化速度供给了2倍于上代产品的功用。

锗化硅（SiGe）技能运用牢靠性高且老练的制作工艺，供给能与特别资料（如：磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs））功用比美的功用等级。与其它计划不同的是，锗硅BiCMOS工艺供给了在一块芯片上一起制备高速双极性晶体管和规范CMOS的途径，然后使一系列一起具有高集成度和极致功用的电路成为或许。正是这二者的结合，使泰克公司可以在长达十多年的时刻内继续且牢靠地供给功用丰厚的高速数据收集体系。

图1

图1所示的组件是采用了锗化硅BiCMOS工艺的70000D示波器的新式前端，该前端为33GHz、100GS/s。该芯片包含2个通道（2块小芯片）的前置放大器及一个100GS/s的盯梢/坚持%&&&&&%（%&&&&&%）（largedie）。泰克公司经过将前置放大器和采样/坚持功用集成于单一封装中，进步通道间的匹配才能，削减由其他示波器中运用的独立采样/坚持电路和ADC器材引起的穿插失真。一般情况下，削减所需的组件和接口数量可削减噪音和计时的不确认性，然后进步了ENOB功用。

咱们为此种前端规划供给的另一项立异是大偏移规模和终端功用。经过前置放大器芯片上的别离途径输入结构和多芯片模块上的AC-接地端接电阻器，然后完结了此种功用。该功用可以愈加轻松地对大型直流偏置或直流偏置终端信号做出精确的丈量。

由于完结了向8HP的转化，DPO/DSA73304D示波器可以供给杰出的信号收集功用和剖析才能。它协助规划人员运用悉数四通道史无前例的捕获功可以捕捉实时信号，而且运用业界最高的波形捕获才能捕获更多信号细节。运用一套东西集（为供给更快的规划和一致性测验而规划）完结设置、高速串行数据规划的捕获及剖析的自动化。主要功用包含：

·双通道高达33GHz和100GS/s，一切四通道>20GHz和50GS/s

·小于9ps的上升时刻（一般为20/80）

·低于0.56％的笔直噪声，≥5.5的有效位数

·30多个可定制特别运用软件剖析包

示波器功用要素

由于示波器是规划方面（尤其是信号完好性方面）至关重要的东西，规划人员应了解示波器目标以及它们影响丈量的办法。让咱们调查一下最重要的三大要素-上升时刻、采样率和带宽–然后对它们进行更深化的了解。

此示波器的上升时刻越快，丈量到的上升时刻会越精确。可是，当示波器的带宽或上升时刻和信号的上升时刻互相更挨近时，会怎样呢？有人曾用经历规律（如：0.35/上升时刻）来核算所需的示波器带宽，但这种经历规律只适用于某些示波器的前端规划，而且一般不适用于为高速串行数据速率和随同的快速上升时刻而优化过的当今前端规划。

应当留意的是，具有相同带宽功用的两台示波器可以具有彻底不同的上升时刻、振幅和相位呼应。所以，仅了解示波器的带宽无法牢靠地提醒出其丈量功用。此外，经过核算确认的上升时刻或许也不精确。了解示波器上升和下降时刻呼应的最牢靠办法是运用一个抱负的阶跃信号对其进行丈量，该抱负的阶跃信号比被测示波器信号快许多。

在运用DPO/DSA73304D的情况下，运用这种办法确认9ps的上升时刻。可是，信号速度可以被丈量的意思是什么呢？根据正确的经历规律，信号上升时刻与示波器上升时刻的比值为2x或>18ps。事实证明，关于当今最快的FPGA规划中运用的28Gb/s的串行解串器（SerDes）而言，这是指定的上升时刻。

接下来，让咱们看看另一个要害功用要素——示波器的实时采样率。由于更快的采样率带来更多的波形细节，所以这一要素十分重要。另一方面，对最快的信号而言，采样率缺乏或许会导致欠采样。此DPO/DSA73304D供给一流抢先的采样率功用。运用交织技能供给采样率功用，此种交织技能运用8路采样/坚持办法，将杂散高频的影响降至最低。拜见以下数据，可得出被成功和失利履行的交织技能的差异：

成功的交织，频率杂散较少 失利的交织，频率杂散且有噪声

奈奎斯特定理（Nyquisttheorem）指出，采样体系应对输入信号的最高频率采样2次以上。尽管这是最低起始点，可是在任何情况下，采样率越高，成果越精确。经过运用2.5倍较高采样率，此输入频率或更多输入频率可供给被重视信号上的更多采样点，且防止混叠。关于极高速信号表征而言，这是特别重要的。

下图显现了较高的采样率值。**盯梢线（C1）在50GS/s上，而白色盯梢线（R1）在100GS/s上。过采样原因包含：

·为保证信号中已知和不知道的高频部分被捕获，且没有混叠

·为完结杰出的守时分辨率（特别是快速瞬态信号或边际上的守时分辨率）

·作为一种削减丈量中噪音的手法。采样过密会削减量化噪声，发生的此类量化噪声是示波器中A向D转化的一部分

在此带宽前端，示波器有必要有满足的带宽来捕捉高频部分，以便精确地显现信号的转化。可是，当销售商为带宽需求进行好心提示，引荐5次谐波时，工作在不断发生改变。边缘速率（上升/下降时刻）的改变并没有与数据速率的改变同步。这意味着，所需的最大带宽遭到上升时刻的影响更大。例如，现在第三代标准的上升时刻在30ps的规模内。跟着速率的不断进步，这好像并没有很大改变，这表明，相关于数据速率的信号谐波含量正在下降。

具体了解精确度和强壮捕获才能

新式DPO/DSA73304D渠道兼备业界抢先的实时示波器信号完好性和计时精度，运用户可以更精确和更有掌握地完结他们的规划。它可以协助他们：

·运用业界最精准的捕获体系，发现感兴趣的重要信号，此类捕获体系的特征是采用了在示波器和探头中运用的牢靠锗化硅技能。

·运用商场上最佳归纳触发体系，捕获高速信号评价所需的精确的信号事情。

·运用高采样率搜索记载，以确认要害事情/过错，用于体系验证。

·运用30+GHz示波器中最高信号与嗓音的比值，快速剖析要害丈量结

果。它可以供给高灵敏度、低噪声的丈量成果，这样的成果为高速光纤的

精确认性及动力和串行数据丈量的履行供给根据。

顶级软件与DPO/DSA70000系列渠道上用户界面东西彼此结合，为杂乱丈量计划（包含调试/剖析）供给了最短的快速呼应时刻。

DPO/DSA73304D经过结合高带宽、高采样率和快速上升时刻，可为当今最高的信号完好性丈量要求而特别进行量身定做。