實時示波器

用作 ADC 的等效時間采樣示波器

實時示 波器有時也 稱為“單次”示 波器，每次 觸 發(fā)時將會 捕獲 一 個完 整 波 形。 換言之，它在一個連續(xù)記錄中會捕獲大量數(shù)據(jù)點。為了更好地理解這種類型的 數(shù)據(jù)采集，我們可以把它想象成一臺速度極快的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，其采樣率 決定了采樣間隔，而存儲器深度則決定了將會顯示的點數(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。這個采樣率最高可以達到 256 GSa/s， 決定了帶寬現(xiàn)在擴展到 110 GHz。

觸發(fā)實時示波器

實時示波器可以根據(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到某個閾值 時發(fā)生觸發(fā)。這時，示波器開始將模擬波形異步轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣點，轉(zhuǎn)換速率與 輸入波形的數(shù)據(jù)速率無關(guān)。該轉(zhuǎn)換速率稱為采樣率，通常來自內(nèi)部時鐘信號。如圖 1 所示，示波器對輸入波形的幅度進行采樣，將采樣值保存到存儲器中，然后繼續(xù) 進行下一次采樣。觸發(fā)器的主要任務(wù)是為輸入的數(shù)據(jù)提供一個水平時間參考點。

等效時間采樣示波器

每次進行一次采樣

等效時間采樣示波器有時也簡稱為“采樣示波器”，它只測量采樣瞬間波形點的 瞬時幅度。與實時示波器不同的是，它只在每次觸發(fā)時對輸入信號進行一次采樣。 示波器在下一次觸發(fā)時會增加一個小時延，然后進行下一次采樣。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)。測量帶寬由采樣頭的頻率響應(yīng)決定， 目前可以擴展到 80 GHz 以上。 相比實時示波器，等效時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，等效時間采樣示波器需要一個顯式觸發(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 以通過硬件時鐘恢復(fù)模塊來獲得觸發(fā)信號。采樣流程如下 ：一個觸發(fā)事件啟 動對第一個樣本的采集，然后示波器重新準(zhǔn)備好等待下一個觸發(fā)事件。重新 準(zhǔn)備的時間約為 25 μs。下一個觸發(fā)事件啟動第二次采集，并在對第二個數(shù)據(jù) 點采樣之前添加精確的增量時延。該增量時延的大小由時基設(shè)置和采樣點數(shù)量 決定。如圖 2 所示，重復(fù)執(zhí)行這個流程，直到完成整個波形的采集。

等效時間采樣示波器（續(xù)）

觸發(fā)等效時間采樣示波器

有兩種方法可以觸發(fā)等效時間采樣示波器，分別得到兩種數(shù)據(jù)顯示格式 ：比特 流或眼圖。通過查看信號中的單個比特，用戶可以了解系統(tǒng)中的碼型依賴關(guān)系， 但在比特數(shù)量較大時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，并且必須在每個事件的比特碼型中處于同一相對位置。 然 后，示波器對輸入信號進行采樣，在下一 個觸發(fā)事件發(fā)生時添加增量時延， 然后對比特流進行采樣，直到采集完整個波形。如果要在等效時間示波器上查看 比特流，您必須有一個重復(fù)波形，否則需要使用實時示波器。顯示比特流波形的 觸發(fā)過程如圖 3 所示。

眼圖

創(chuàng)建眼圖

另一種信號顯示模式是眼圖。這種模式不需要重復(fù)的波形，有助于確定噪聲、抖動、 失真、信號強度以及許多其他測量結(jié)果。它能夠給出系統(tǒng)性能的總體統(tǒng)計視圖， 因為它查看的是比特流中每個比特組合的疊加結(jié)果。這種模式需要的是同步時鐘 信號觸發(fā)。每當(dāng)發(fā)生觸發(fā)事件時（允許示波器重新準(zhǔn)備觸發(fā)），示波器會對數(shù)據(jù)進 行采樣，并且在屏幕上構(gòu)建所有可能的 1 和 0 組合。全頻時鐘和分頻時鐘均可用于 觸發(fā)，但是，如果碼型的長度是時鐘分頻比的偶數(shù)倍，則眼圖會缺少組合，因而 不完整。此外，如果將數(shù)據(jù)用作自身的觸發(fā)信號，則眼圖看起來可能完整，但示波 器只會在數(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)過程如圖 4 所示。

實時眼圖

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