采样示波器和实时示波器的比较

2016-08-17 12:56:14来源: eefocus
这是一篇Wavecrest的旧文章,最早发表于2004年,当时10G带宽以上的示波器还没问世,示波器3强的主力基本还是6GHz。Wavecrest比较了自家的SIA-3000和Agilent 86100,54855A,Tektronix 6604,LeCroy 6GHz(未指明型号)在测试波形的上升沿和眼图方面的区别。采用Agilent 12GHz码型发生器产生2个波形,2.125Gb/s和4.25Gb/s的 K28.5码型。

测试1:测试2.125Gb/s的K28.5码型。

2.125Gb/s K28.5码型上升沿、下降沿均<20ps,以下分别是不同示波器的眼图表现。

Figure 1 - Agilent 20GHz Sampling scope Eye Diagram of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 2 - SIA-3000 6GHz scope Eye Diagram of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 3 - Agilent 6GHz Real Time Scope Eye Diagram of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 4 - Tek 6 GHz Real Time scope Eye Diagram of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 5 - Lecroy 6GHz Real Time scope Eye Diagram of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 1所示的波形近乎理想,而其他实时示波器则有显著的过冲。因为实时示波器在上升沿或下降沿要比采样示波器有更大的振铃,换句话说,反射更严重。

Figure 6 - Agilent 20GHz samplingscope waveform capture of2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 7 - Wavecrest 6GHz samplingscope waveform capture of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 8 - Agilent Real Time scope waveform capture of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 9 - Tektronix Real Time scope waveform capture of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figure 10 - Lecroy Real Time scope waveform capture of 2.125Gb/s K28.5 pattern.

Figures 6到10显示了5个示波器上显示出来的眼图,所有的实时示波器在边沿前后都表现出来了过度的振铃,这也表明了实时示波器的阶跃响应不太好。这些实时示波器只具有50ps的分辨率,为了克服这个缺点,采用了 Sin(x)/x或sinc内插,这种内插可以很好的再现正弦波,但对方波的效果却不好。今天的串行数据越来越变得像方波,所以评估示波器性能时查看串行信号的表现是极其重要的。

Figure 11 - Overlay of eye diagrams for Agilent 20GHz sampling scope (Dark Blue), 6GHz SIA-3000 scope (Light Blue), Agilent 6GHz (Dark Yellow), Tektronix 6604 (Light Yellow)and the Lecroy 6GHz Real Time scope (Red).

Figure11显示了所有5个示波器眼图叠加在一起的结果。深蓝色的是Agilent 86100,浅蓝色的是SIA-3000,深黄色是Agilent 54855A,浅黄色是Tektronix 6604,红色则是LeCroy的6GHz示波器。由于带宽的限制,实时示波器的脉冲响应也不够好,这会使得在高速数字信号的完整性测量中眼图测量的误差加大。

测试2:4.25Gb/s的K28.5码型

4.25Gb/s K28.5码型上升沿、下降沿均<20ps,以下分别是不同示波器的眼图表现。

注:4.25Gb按照1.8xbita rate的要求,需要8GHz带宽的实时示波器,按照3x 基波频率要求,6GHz勉强能测试,

 

但是如果要很好的考察幅度信息,则至少需要5x基波频率,也就是11GHz,才能将频谱分量的能量很好的包含进来。显然用6GHz带宽的示波器测量4.25Gb/s的码流不是很适合。

Figure 12 - Agilent 20GHz sampling scope waveform capture of4.25Gb/s K28.5 pattern.

Figure 13 - Wavecrest’s 6GHz sampling scope waveform capture of4.25Gb/s K28.5 pattern.

Figure 14 - Agilent 6GHz Real Time scope waveformcapture of 4.25Gb/s K28.5 pattern.

Figure 15 - Tektronix 6GHz Real Time scope waveform capture of 4.25Gb/s K28.5 pattern.

Figure 16 - Lecroy 6GHz Real Time scope waveform capture of 4.25Gb/s K28.5 pattern.

Figure 17 - Overlay of eye diagrams for Agilent 20GHz sampling scope (Dark Blue), 6GHz SIA-

3000 scope (Light Blue), Agilent 6GHz (Dark Yellow), Tektronix 6604 (Light Yellow) and the Lecroy6GHz Real Time scope (Red) for 4.25Gb/s K28.5 data stream.

信号保真度

从以上测试可见,示波器模拟带宽是整个系统性能的瓶颈。3个实时示波器和Wavecrest的采样示波器一样具有6GHz的模拟带宽,但是Wavecrest的采样示波器相对来说,具有更好的振铃抑制,非常小的过冲和预冲,可以更好的再现波形。Figure 18显示了限制示波器性能的因素。模拟带宽只是其中之一,除此之外,阶跃响应(step response),分辨率,插值都是制约信号保真度的因素。实时示波器差的阶跃响应和分辨率将导致波形再现的错误。

频响滚将特性也会影响信号保真度。如果仪器的的传递函数在-3dB点或模拟带宽上降落的过快,将会严重衰减高频信号和带来不准确的测量结果。同样非线性也会严重的影响测量系统的信号保真度。Figure 19展示了几个具有相同模拟带宽的不同示波器的传递函数,从中可以看出这些频响曲线的差别很大,这将在测量中导致非常不同的结果。

对于高端示波器来说,带内的频响越平坦越好,带外则是越陡越好,一般讲带外滚将陡峭的曲线称为砖墙(brick wall)响应。砖墙响应是低通滤波器极力追求的,但显然就算音频上的砖墙响应,实现起来也并没有那么容易。由于高带宽的示波器采样率最小是带宽的2.5倍,所以近似砖墙的响应则非常重要,否则很容易引起混淆。当然示波器3强早就注意到了这个问题,都采用了独家的解决方案抗混淆,大多数是采用DSP修正。

Fresponse vs. Frequency

 Figure 19 - Oscilloscope transfer function shows system frequency response.

结论

由于实时示波器的缺陷,在测量中会产生一些误差,比如上升沿,下降沿,幅度,眼图,抖动等等,可能会产生误判。模拟带宽并不是决定系统性能的唯一因素,其他的比如阶跃响应,分辨率,插值方式在决定仪器的性能方面同样重要。

采样示波器和实时示波器的区别

实时示波器     采样示波器

可以显示单次瞬时事件  更低的采样率支持更分辨率的ADC转换

无需显示触发    更宽的带宽

无需重复的波形    更低的本底噪声

直接测量周期到周期抖动  更低的固有抖动

长记录长度/深存储器   可更换的前端光学模块

适用于故障诊断情况   可以用于TDR以便进行阻抗和S参数测量

更低的拥有成本

由于这篇文章是2004年的旧文,所以不能体现出这几年实时示波器的蓬勃发展。高速串行应用在这几年的迅速普及,直接促进了高带宽示波器的快速发展,DSP,SiGe,InP技术的引入使得高带宽示波器具有更好的频响曲线,更高的采样率,更好的阶跃响应,更低的底噪,更小的本底抖动,文中提到的实时示波器的一些问题已经被大大改善或者消失。

如果Wavecrest能再来一次比拼就好啦,这可以让大家更好的了解当下实时示波器和采样示波器的区别,以及实时示波器的技术进步。可惜的是Wavecrest已经被gigamaxtech收购。在这个寒冬里,抱团取暖或傍上豪门成了小企业的不二之选。

关键字:采样示波器  实时示波器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016081716766.html
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