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實時示波器和采樣示波器的區別是什麽

發布時間:2019-01-04   點擊次數:659次

實時示波器通常被稱為DSO(數字存儲示波器)或MSO(混合信號示波器)。目前在售的大部分示波器都是實時示波器。實時示波器的帶寬範圍從幾MHz到幾十GHz,價位在幾百美元到幾十萬美元不等。采樣示波器通常被稱為DCA(數字通信分析儀),帶寬範圍從幾十GHz起,主要用於分析高速串行總線、光設備和時鍾信號。隨著帶寬的增加,采樣示波器和實時示波器開始在多個應用領域中重合。

 

  實時示波器和采樣示波器的數字化之路基本相同。輸入信號經過示波器的前端信號調節電路,數字化之後保存到存儲器,後在屏幕上顯示。然而,兩種示波器的基本技術則大相徑庭。

 

  實時示波器

 

  實時示波器包括觸發ASIC技術,允許用戶指定感興趣的事件,例如上升電壓閾值、建立和保持違規或碼型觸發。常規采集模式中,當示波器的觸發電路觀測到這個事件時,示波器將會捕獲並保存在觸發點附近的連續采樣點,並使用已捕獲數據更新顯示屏。實時示波器可工作在單次捕獲模式或連續捕獲模式。在單次模式下,示波器根據存儲器深度和采樣率設置,進行單次采集並顯示一組連續樣本。在示波器捕獲了單條軌跡之後,用戶能夠平移和縮放到任意感興趣的事件。在連續運行模式下,示波器連續采集並顯示每一個與觸發技術指標匹配的條件。可變餘輝或無限餘輝可使多個已捕獲信號覆蓋在初始信號上。連續模式允許用戶對被測器件進行實時查看。可在單次采集或連續重複采集模式中進行上升時間或脈寬測量、數學函數或FFT分析。大部分帶寬低於6GHz的實時示波器包括lMΩ和50MΩ輸入,可與多種探頭和電纜搭配使用。

 

  實時示波器有三個重要的技術指標定義,即:帶寬、采樣率和存儲器深度。在選擇實時示波器時,還需要考慮其它更重要的技術指標。

 

  采樣示波器

 

 

  采樣示波器專為捕獲、顯示與分析重複信號而設計。觸發能力同樣也是針對重複信號而設置。當滿足次觸發條件時,采樣示波器將會捕獲一組具有時間間隔的非鄰近樣本。示波器延遲這個觸發點並開始下一組捕獲,並將已捕獲的點與組樣本共同放在顯示屏中。在無限餘輝模式中重複這項操作,可以創建一個波形,不必進行連續采集。觸發與延時是其中的技術要素,用於控製觸發之間的時間分辨率,以實現高測量精度。由於每次觸發僅會捕獲和處理幾個點,存儲器深度不屬於關鍵技術指標。采樣率也不是關鍵技術指標。但是,觸發條件和下一個觸發條件之間的時間間隔精度,這一點才是重要的。

  采樣示波器與實時示波器

 

  如前所述,實時示波器的帶寬現已超過60GHz,而采樣示波器的帶寬已達90GHz以上。因而對於大部分數字應用,帶寬不再是選擇適當示波器的便捷之道。但話雖如此,價格仍然是主要差別。全配置的采樣示波器(50GHz)的價格低於15萬美元,而實時示波器的價格接近40萬美元。設計人員必須要確定,實時示波器的出色靈活性是否與高成本相匹配。

 

  噪聲和信噪比

 

  采樣示波器和實時示波器有很多不同之處。采樣示波器具有14位ADC和極寬的動態範圍,能夠查看從幾mV至全量程範圍內的信號,無需衰減。因此,采樣示波器在不同的V/格垂直軸設置中保持極低噪聲。實時示波器的動態範圍被限定在8位,但其有效位數約為6位。受限於信噪比,實時示波器必須利用衰減器/放大器以正確地顯示幾mV到幾V的信號。這意味著,實時示波器的噪聲要高於采樣示波器。采樣示波器的低噪聲使其成為測量的“標準”。然而,實時示波器不斷改進,業已開始縮短兩者在信號完整性上的差距。

 

  頻率響應

 

  頻率響應也是用戶在選擇實時示波器還是采樣示波器時的考慮因素。一般來說,采樣示波器不會使用數字信號處理(DSP)校正技術,其頻率響應會緩慢下降(硬件響應),看上去更像是高斯型。實時示波器采用DsP校正自身的頻率響應。例如,Agilent DSOX93304Q在整個通帶內使用乎坦頻率響應,這意味著它的增益變化在整個頻率範圍內不會超過ldB。實時示波器的頻率響應可以改變。一些示波器廠商提供多達5個具備不同特征的響應。在進行同類產品比較時,平坦響應與高斯響應可使兩個測量極其不同。例如,高斯滾降會對測量造成影響並添加碼間幹擾。如果信號速度足夠快,超出示波器的帶寬,那麽滾降速度較快的平坦響應會出現振鈴。不論哪種情況,用戶必須了解硬件對測量的影像。

 

  時鍾恢複的區別

 

  時鍾恢複是示波器測量的關鍵因素。它支持構建實時眼圖、模板測試和抖動分離。恢複時鍾是用於測量比較的參考時鍾。近來,采樣示波器完全依賴硬件進行時鍾恢複。由此,無論是外部時鍾還是采樣示波器提供的內部10MHz時鍾,恢複係統都容易產生誤差。如今這種情形已不複存在。安捷倫采樣示波器現可提供基於軟件的時鍾恢複係統,非常適合進行的時鍾恢複。實時示波器往往使用軟件時鍾恢複,也可以用外時鍾。軟件時鍾恢複的優勢是不易產生硬件誤差,無需考慮數據速率。

 

  除了硬件時鍾恢複和軟件時鍾恢複的區別之外,用戶必須關注所使用的時鍾恢複算法。采樣示波器使用抖動傳遞函數(JTF),實時示波器使用0JTF。與JTF相比,0JTF能夠減少更多的低頻抖動。因此,實時示波器中的抖動明顯低於采樣示波器。兩種示波器使用相同的傳遞函數,即可重置抖動數目。采樣示波器的性能在近得到了改善,可以更輕鬆地進行抖動比較。

 

 過去,采樣示波器具有大帶寬和固有抖動,性能遠遠優於實時示波器。在過去十年裏,實時示波器已經極大地縮短了兩者的性能差距,向需要進行收發信機測試的用戶提供靈活的選擇——使用實時示波器還是采樣示波器。采樣示波器仍然具備較低抖動和極高動態範圍,是在可控的環境內進行表征的理想工具。假設您的信號可重複或使用實時眼圖進行捕獲,采樣示波器將會真實地描述信號。

 

  實時示波器擁有出色的靈活性,使它更具吸引力。如果用戶正在進行調試,想要觸發難以查找的事件,實時示波器是一個不錯的選擇。實時示波器的用戶可從眾多一致性測試、協議觸發與解碼、分析應用軟件中選擇自己所需。實時示波器還能測量單次捕獲的抖動,非常適合分析故障根源。大多數標準使用實時示波器進行發射機測試。這意味著,用戶需要借助實時示波器確保設備的“一致性”。

 

采樣示波器與實時示波器一樣,提供眼圖、直方圖和抖動測量。憑借高帶寬、模塊性和低價位,采樣示波器要比實時示波器更能適應製造環境。實時示波器現可提供高達63GHz的帶寬,先進抖動分析應用淡化了實時示波器和采樣示波器在研發階段的區別。

 

       結論

 

       實時示波器對於大部分示波器應用來講非常適用。實時示波器提供各種帶寬範圍,能夠捕獲單次事件和重複信號,已經縮短了與采樣示波器在高頻測量方麵的差距(例如抖動和發射機表征)。如果您的應用包括要求低抖動和高動態範圍的重複波形,采樣示波器是一個不錯的選擇。采樣示波器還具有較低的初始成本和模塊化升級功能,非常適合電子和光生產測試應用。如果是在20GHz以上的頻率工作,不確定哪一種示波器合適,建議與同時生產采樣示波器和實時示波器的廠商聯係。與僅生產實時示波器或采樣示波器的廠商相比,他們更能幫助您選擇需求的示波器類型。

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