決定示波器性能高度的模擬技術(shù)

　　雖然示波器不是對硬件要求最高的儀器，鑒于示波器是眾多工程師最熟悉也是測試儀器細(xì)分市場最大的單臺儀器，所以我們采訪了全球能將示波器帶寬做到GHz級別廠商中的幾家代表，從示波器的硬件分析入手，帶大家一起了解示波器的核心設(shè)計(jì)單元。

　　帶寬，采樣率和存儲深度，是決定一臺示波器市場價(jià)值最直觀的三大特性，其中帶寬是最明顯能體現(xiàn)示波器的性能的指標(biāo)，采樣率的數(shù)值和帶寬有著一定的聯(lián)系，而這兩個(gè)數(shù)值則直接關(guān)系到示波器的最終售價(jià)，其數(shù)值也基本都是由模擬單元的硬件性能決定的?！　?/p>

        示波器的架構(gòu)經(jīng)歷了幾十年的沉淀，特別是最近二十年數(shù)字示波器的高速發(fā)展，已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定，普源精電(RIGOL)副總裁邢飛介紹，當(dāng)代數(shù)字示波器的基本組成主要包括：模擬前端(負(fù)責(zé)信號調(diào)理)-> 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (調(diào)理后信號數(shù)字化)-> 數(shù)據(jù)采集/存儲/信號處理 -> 顯示與人機(jī)接口。其中前兩個(gè)部分決定了示波器絕大部分性能指標(biāo)，也是示波器的核心所在。

 　　帶寬與模擬前端

　　帶寬，是選擇示波器時(shí)最基本的參數(shù)，從2004年的30GHz問世，到45GHz的出現(xiàn)，這期間等待了5年，而到60GHz示波器的出現(xiàn)只有短短的3年，而最近的12個(gè)月里，示波器三強(qiáng)紛紛更新了自己的最頂級配置示波器，一切仿佛對2002-2004年示波器性能軍備競賽的翻拍。

　　就在今年4月，力科從2004年開始擁有了多年的數(shù)字示波器帶寬性能之最的皇冠被安捷倫占據(jù)，安捷倫的Infiniium 90000Q最高帶寬做到了63GHz，超過了力科LabMaster10Zi的60GHz。當(dāng)兩家主要競爭對手都推出60GHz級別的示波器之后，下一步，我們期待泰克科技如何應(yīng)對。

　　決定帶寬的關(guān)鍵是示波器的模擬前端，包括衰減器, 放大器和相關(guān)電路，是被測信號進(jìn)入示波器的大門，示波器的測試信號帶寬很多情況下都是由模擬前端的帶寬決定的，也就是直接影響了示波器的本底噪聲和量程。模擬前端的設(shè)計(jì)工作在示波器的硬件設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，實(shí)際上占據(jù)了一半以上的工作量，并且在很大程度上最終決定了示波器的硬件性能。

　　對于模擬前端來說，其影響示波器的主要性能指標(biāo)包括：

　　● 模擬帶寬，包括對被測信號幅頻響應(yīng)特性，在時(shí)域上表現(xiàn)為上升時(shí)間指標(biāo)和過沖性能指標(biāo);

　　● 輸入信號幅度動(dòng)態(tài)范圍(非數(shù)字處理的最小垂直靈敏度到最大垂直靈敏度的范圍);

　　● 直流增益精度和偏移精度兩個(gè)指標(biāo)的初始誤差特性和溫度漂移特性;

　　● 輸入阻抗特性(電阻并聯(lián)寄生電容)影響在帶探頭或不帶探頭情況下對被測電路的影響。

　　如果給示波器的模擬前端設(shè)計(jì)在整個(gè)的硬件設(shè)計(jì)中的重要地位做一個(gè)形象的比喻，模擬前端的作用類似于照相機(jī)的鏡頭。很多攝影發(fā)燒友在使用單反相機(jī)，一個(gè)很重要的原因是單反相機(jī)的鏡頭有更好的光學(xué)特性。類似的道理，模擬前端對輸入信號進(jìn)行衰減放大和信號調(diào)理，系統(tǒng)噪聲也會(huì)被放大。如果示波器的模擬前端設(shè)計(jì)差，系統(tǒng)噪聲大，希望測試的微小信號將無法捕獲;如果在頻域觀測，這些噪聲將使信噪比下降，底噪升高。如果信號通路間的隔離度不夠，其他通道的信號將對被測信號造成較大的干擾。同時(shí)，模擬前端的線性度和抗飽和能力也十分重要。