高性能示波器應(yīng)對(duì)光通信測(cè)試分析

　　由于示波器是設(shè)計(jì)方面(尤其是信號(hào)完整性方面)至關(guān)重要的工具，設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉示波器的指標(biāo)及它們影響測(cè)量的方式。讓我們觀察一下最重要的三大因素：上升時(shí)間、采樣率和帶寬，從而對(duì)它們進(jìn)行更深入的了解。

　　上升時(shí)間：示波器的上升時(shí)間越快，測(cè)量到的上升時(shí)間就越準(zhǔn)確。但是，當(dāng)示波器的帶寬或上升時(shí)間和信號(hào)的上升時(shí)間彼此更接近時(shí)，會(huì)怎樣呢?有人曾用經(jīng)驗(yàn)法則(如：0.35/上升時(shí)間)來計(jì)算所需的示波器帶寬，但這種經(jīng)驗(yàn)法則只適用于某些示波器的前端設(shè)計(jì)，并且通常不適用于當(dāng)今為高速串行數(shù)據(jù)速率和伴隨的快速上升時(shí)間而優(yōu)化的前端設(shè)計(jì)。

　　應(yīng)當(dāng)注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺(tái)示波器可以具有完全不同的上升時(shí)間、幅度和相位響應(yīng)。所以，僅了解示波器的帶寬無法可靠地揭示出其測(cè)量性能。此外，通過計(jì)算確定的上升時(shí)間可能也不準(zhǔn)確。了解示波器上升和下降時(shí)間響應(yīng)的最可靠方法是，使用一個(gè)比被測(cè)示波器信號(hào)快得多的理想的階躍信號(hào)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。

　　在使用DPO/DSA73304D的情況下，使用這種方法確定出9ps的上升時(shí)間。但是，信號(hào)速度可以被測(cè)量的意思是什么呢?根據(jù)正確的經(jīng)驗(yàn)法則，信號(hào)上升時(shí)間與示波器上升時(shí)間的比值為2x或>18ps。事實(shí)證明，對(duì)于當(dāng)今最快的FPGA設(shè)計(jì)中使用的28Gb/s的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時(shí)間。

　　采樣率：因?yàn)楦斓牟蓸勇蕦砀嗟牟ㄐ渭?xì)節(jié)，所以這一因素非常重要。另一方面，對(duì)最快的信號(hào)而言，采樣率不足可能導(dǎo)致欠采樣。DPO/DSA73304D提供了一流的采樣率性能。利用交錯(cuò)技術(shù)提供的采樣率性能可將雜散高頻的影響降至最低，該技術(shù)采用的是8路采樣/保持方法。參見圖4中的數(shù)據(jù)，可得出成功和失敗執(zhí)行的交錯(cuò)技術(shù)的差異。

　　奈奎斯特定理(Nyquist theorem)指出，采樣系統(tǒng)應(yīng)以輸入信號(hào)最高頻率的2倍以上進(jìn)行采樣。雖然這是最低的起點(diǎn)，但是在任何情況下，采樣率越高，結(jié)果越準(zhǔn)確。通過使用2.5倍于輸入頻率的較高采樣率或更高的采樣率，可以提供更多的感興趣信號(hào)上的采樣點(diǎn)，且能避免混疊。對(duì)于極高速信號(hào)的表征而言，這將特別重要。

　　圖5顯示了較高的采樣率值。黃 色跟蹤線(C1)在50GS/s上，而白色跟蹤線(R1)在100GS/s上。過采樣的原因包括：為確保信號(hào)中已知和未知的高頻部分被捕獲，且沒有混疊;為實(shí)現(xiàn)卓越的定時(shí)分辨率(特別是快速瞬態(tài)信號(hào)或邊緣上的定時(shí)分辨率);作為一種減少測(cè)量中噪聲的手段，采樣過密會(huì)減少示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)附帶產(chǎn)生的量化噪聲。

　　帶寬：示波器必須有足夠的帶寬來捕捉高頻部分，以便準(zhǔn)確地顯示信號(hào)的轉(zhuǎn)換。但是，當(dāng)銷售商為帶寬需求進(jìn)行善意提示，推薦5次諧波時(shí)，事情在不斷發(fā)生變化。邊沿速率(上升/下降時(shí)間)的變化并沒有與數(shù)據(jù)速率的變化同步。這意味著，所需的最大帶寬受上升時(shí)間的影響更大。例如，目前第三代規(guī)格的上升時(shí)間在30ps的范圍內(nèi)。隨著速率的不斷提高，這似乎并沒有很大變化，這表明，相對(duì)于數(shù)據(jù)速率的信號(hào)諧波含量正在下降。

　　設(shè)定垂直量程：除帶寬、采樣率和上升時(shí)間外，對(duì)高性能示波器來說，觀察當(dāng)前高頻信令中常見的低壓信令非常重要。在這一領(lǐng)域中，DPO/DSA70000D系列提供了無可比擬的靈活設(shè)定垂直量程的能力，是唯一提供可變端接電壓(Vterm)的高性能示波器。在傳統(tǒng)上，示波器輸入一直是接地的，而被測(cè)信號(hào)通常沒有參考地電平。多種現(xiàn)代應(yīng)用(包括DC耦合信號(hào)應(yīng)用)現(xiàn)在要求具有正或負(fù)的端接電壓才能運(yùn)行和檢測(cè)。把這些高速信號(hào)引到大地至少會(huì)損害測(cè)量結(jié)果，要求專用夾具電平移位和/或衰減信號(hào)，則可能會(huì)損壞被測(cè)器件(DUT)。

　　過去，調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的端接電壓需要采用專用探頭或定制衰減器網(wǎng)絡(luò)，這引入了額外的測(cè)量噪聲，需要額外的成本。DPO/DSA70000D系列為DUT提供了高達(dá)±3.4V的可變Vterm，并在前端MCM采用了分路電路設(shè)計(jì)，支持較大的偏置范圍。

　　用戶可以調(diào)節(jié)示波器、鏡像DUT的條件和特點(diǎn)，在其最終運(yùn)行的類似環(huán)境中測(cè)量高速信號(hào)，而沒有引入衰減或可能使信號(hào)失真的定制電路。

　　隨著現(xiàn)代高速信號(hào)的電壓范圍下降，工程師還需要具有廣闊靈活的測(cè)量視角。DPO/DSA70000D系列與Vterm功能相結(jié)合，提供了±3.4V的擴(kuò)展偏置范圍。這不僅是一種放大功能，還可以在全部動(dòng)態(tài)范圍查看和測(cè)量可變電壓。通過結(jié)合使用Vterm和偏置，把示波器的參考點(diǎn)中心放在DUT工作范圍的參考點(diǎn)上，可以使可用的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到最大，并使測(cè)量系統(tǒng)的噪聲達(dá)到最小。

　　精確性和強(qiáng)大的捕獲能力

　　高性能技術(shù)應(yīng)用正在推動(dòng)現(xiàn)代測(cè)試設(shè)備的發(fā)展。硅檢定、串行數(shù)據(jù)一致性測(cè)試、光學(xué)調(diào)制分析、雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR)存儲(chǔ)器和寬帶RF檢驗(yàn)等任務(wù)，不僅要求具有杰出的帶寬、采樣率和信號(hào)保真度，還要求具有巨大的靈活性，來調(diào)節(jié)示波器的測(cè)量條件和視角。

　　泰克DPO/DSA70000D系列示波器在實(shí)時(shí)示波器中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的信號(hào)完整性和定時(shí)精度，使用戶能夠更準(zhǔn)確的、以更高的信心來完成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員能夠：利用業(yè)界最精準(zhǔn)的采集系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)感興趣的重要信號(hào)。此類采集系統(tǒng)的特征是采用了在示波器和探頭中使用的可靠鍺化硅技術(shù);使用市場(chǎng)上最廣泛的觸發(fā)系統(tǒng)，捕獲高速信號(hào)評(píng)估所需的精確的信號(hào)事件;利用高采樣率搜尋記錄，以確定關(guān)鍵事件/誤差，用于系統(tǒng)驗(yàn)證;評(píng)估要求正或負(fù)端接電壓的DC耦合信號(hào)，而不會(huì)把信號(hào)牽引到地或損壞被測(cè)器件;利用30GHz以上的示波器中最高的信噪比，快速分析關(guān)鍵測(cè)量結(jié)果。它能夠提供高靈敏度、低噪聲的測(cè)量結(jié)果，從而為進(jìn)行精確的高速光學(xué)、能量和串行數(shù)據(jù)測(cè)量定性分析提供依據(jù)。

　　尖端軟件與DPO/DSA70000系列平臺(tái)上的用戶界面工具相結(jié)合，為復(fù)雜測(cè)量方案(包括調(diào)試/分析)提供了最短的快速響應(yīng)時(shí)間。DPO/DSA73304D通過與高帶寬、高采樣率和快速上升時(shí)間相結(jié)合，可以為現(xiàn)今最高的信號(hào)完整性測(cè)量需求而進(jìn)行特別的量身定做。