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    數字示波器的反應特性有哪些?

    • 發表時間:2021-07-19 14:18:23
    • 來源:未知
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    高速數字示波器選擇磚墻響應類型的另一個重要原因是為了避免或盡量減少混疊現象。 使用數字示波器測量高速信號會出現圖像混疊的現象,主要是因為在再現采樣的高速信號時,有些信號混入了不需要的波形。 這些混合的信號頻率分量會使原始信號波形失真嚴重時還會引起測量誤差。
     
         圖像混疊現象多發生在模數轉換器的連續信號中,其中包含超過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在示波器的測量帶寬中。 從頻率特性圖中可以清楚地看出,磚墻響應示波器混疊的影響很小。
     
    示波器
     
         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域幾乎沒有信號,可以抑制混疊的發生。
     
         此外如果在20 GHz、10 GHz和5 GHz三個不同的采樣頻率下測量周期為2.2 ns、上升時間約為90 ps的波形,則會得到不同的結果。 采樣頻率越低上升時間的實際測量值越長,呈現的波形越不真實。
     
         目前用于高速串行接口測量的實時采樣寬帶數字示波器,高性能型號上的模數轉換器的采樣頻率高達20GHz左右。 一般為了減少圖形混疊的發生,高斯響應示波器的采樣頻率需要是輸入信號的4~6倍,而磚墻響應示波器只需2.5倍。
     
         通常頻段低于1GHz,所以大部分采用高斯反應系統,1GHz以上的儀器大多采用磚墻反應系統。 顯示了兩種電抗示波器的優缺點比較。
     
         根據性能要求選擇示波器
     
         那么如何選擇一款合適的示波器呢? 
     
         計算測量信號的高頻分量 fmax。 即信號頻率分量的上限可以通過測量信號的上升時間來計算。 假設上升時間從20%遷移到80%,可以用數學公式(0.4/信號上升時間)來估計它的近似值,而不是直接從數據傳輸速率來估計。 對于流行的第三代總線PCIExpress其上升時間在大多數情況下在100ps左右。
     
         選擇示波器的響應特性即在高斯反應系統和磚墻反應系統之間選擇一個合適的。 一般選擇后者多用于高速串行接口或總線應用的測量。
     
    示波器
     
         必須掌握必要的輸入帶寬它與上升時間的測量誤差有關。 某儀器公司做了一個模擬實驗:如果磚墻反應系統允許3%的誤差,帶寬可以用(1.4×fmax)計算; 如果誤差被抑制在10%,用(1.2×fmax)計算;  20 當允許誤差為%時,用(1.0×fmax)計算。
     
         估計低采樣頻率值。 該值將使用上面的帶寬值,對于磚墻反應示波器來說,該值較低(2.5×帶寬)。
     
         用以上四點來說明一個案例:一個上升時間為100ps的數字信號,其fmax為4GHz選用磚墻電抗示波器。 假設上升時間誤差限制在 3%,則輸入信號的帶寬為 5.6GHz。 因此采樣低頻也需要14GHz。
     
        如果將14GHz的采樣頻率應用于高斯反應系統,則輸入帶寬變為3.5GHz,可測信號上升時間為220ps,與磚墻反應系統相差一半。 一些寬帶實時示波器依靠靈活使用數字信號處理來實現磚墻反應系統的特性。 畢竟僅靠電路技術是很難達到理想特性的。
     
        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此外了解測試設備的特性也是掌握正確測量的關鍵要素。

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