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数字示波器的反应特性有哪些?

  • 发表时间:2021-07-19 14:18:23
  • 来源:未知
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高速数字示波器选择砖墙响应类型的另一个重要原因是为了避免或尽量减少混叠现象。 使用数字示波器测量高速信号会出现图像混叠的现象,主要是因为在再现采样的高速信号时,有些信号混入了不需要的波形。 这些混合的信号频率分量会使原始信号波形失真严重时还会引起测量误差。
 
     图像混叠现象多发生在模数转换器的连续信号中,其中包含超过奈奎斯特频率的成分即采样频率的二分之一。 该分量在奈奎斯特频域中折回并出现在示波器的测量带宽中。 从频率特性图中可以清楚地看出,砖墙响应示波器混叠的影响很小。
 
示波器
 
     在相同条件下可以清楚地看到,2GHz的奈奎斯特频率以外的区域几乎没有信号,可以抑制混叠的发生。
 
     此外如果在20 GHz、10 GHz和5 GHz三个不同的采样频率下测量周期为2.2 ns、上升时间约为90 ps的波形,则会得到不同的结果。 采样频率越低上升时间的实际测量值越长,呈现的波形越不真实。
 
     目前用于高速串行接口测量的实时采样宽带数字示波器,高性能型号上的模数转换器的采样频率高达20GHz左右。 一般为了减少图形混叠的发生,高斯响应示波器的采样频率需要是输入信号的4~6倍,而砖墙响应示波器只需2.5倍。
 
     通常频段低于1GHz,所以大部分采用高斯反应系统,1GHz以上的仪器大多采用砖墙反应系统。 显示了两种电抗示波器的优缺点比较。
 
     根据性能要求选择示波器
 
     那么如何选择一款合适的示波器呢? 
 
     计算测量信号的高频分量 fmax。 即信号频率分量的上限可以通过测量信号的上升时间来计算。 假设上升时间从20%迁移到80%,可以用数学公式(0.4/信号上升时间)来估计它的近似值,而不是直接从数据传输速率来估计。 对于流行的第三代总线PCIExpress其上升时间在大多数情况下在100ps左右。
 
     选择示波器的响应特性即在高斯反应系统和砖墙反应系统之间选择一个合适的。 一般选择后者多用于高速串行接口或总线应用的测量。
 
示波器
 
     必须掌握必要的输入带宽它与上升时间的测量误差有关。 某仪器公司做了一个模拟实验:如果砖墙反应系统允许3%的误差,带宽可以用(1.4×fmax)计算; 如果误差被抑制在10%,用(1.2×fmax)计算;  20 当允许误差为%时,用(1.0×fmax)计算。
 
     估计低采样频率值。 该值将使用上面的带宽值,对于砖墙反应示波器来说,该值较低(2.5×带宽)。
 
     用以上四点来说明一个案例:一个上升时间为100ps的数字信号,其fmax为4GHz选用砖墙电抗示波器。 假设上升时间误差限制在 3%,则输入信号的带宽为 5.6GHz。 因此采样低频也需要14GHz。
 
    如果将14GHz的采样频率应用于高斯反应系统,则输入带宽变为3.5GHz,可测信号上升时间为220ps,与砖墙反应系统相差一半。 一些宽带实时示波器依靠灵活使用数字信号处理来实现砖墙反应系统的特性。 毕竟仅靠电路技术是很难达到理想特性的。
 
    总之带宽和采样频率的合适性是选择昂贵示波器的重要指标此外了解测试设备的特性也是掌握正确测量的关键要素。

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