高速示波器

美国力科公司(LeCroy)是专业专注于数字示波器。力科公司46年来保持着惊人的创新能力，持续为工程师们创造"最能解决问题"的示波器。当今数字示波器中的一些耳熟能详的"术语"都是力科最先发明或引入到示波器的LeCroy示波器最先具有"模拟余辉"功能，最先具有FFT功能，最先具有"测量统计"功能，最先具有参数"直方图"功能，最先具有"抖动追踪"功能，最先具有"顺序采样"模式，最先具有连续比特位的"眼图测量"方法，最先具有高级信号完整性分析工具"EyeDoctor"，等等。以下由力科广州代理广州富民讲解原作用及构成。

经验告诉我们，示波器的带宽至少应比被测系统最快的数字时钟速率高5倍。如果我们选择的示波器满足这一标准，那么该示波器就能以最小的信号衰减捕捉到被测信号的5次谐波。信号的5次谐波在确定数字信号的整体形状方面非常重要。但如果需要对高速边沿进行精确测量，那么这个简单的公式并未考虑到快速上升和下降沿中包含的实际高频成分。

公式:fBW≥5xfclk

确定示波器带宽的一个更准确的方法是根据数字信号中存在的最高频率，而不是最大时钟速率。数字信号的最高频率要看设计中最快的边沿速度是多少。因此，我们首先要确定设计中最快的信号的上升和下降时间。这一信息通常可从设计中所用器件的公开说明书中获取。

利用一个简单的公式计算信号的最大"实际"频率成分。HowardW.Johnson博士就此题目写过一本书《高速数字设计》。在书中，他将这一频率成分称为"拐点"频率(fknee)。所有快速边沿的频谱中都包含无限多的频率成分，但其中有一个拐点(或称"knee")，高于该频率的频率成分对于确定信号的形状就无关紧要了。 第二步:计算fknee

fknee=0.5/RT(10%-90%) fknee=0.4/RT(20%-80%)

对于上升时间特性按照10%到90%阀值定义的信号而言，拐点频率fknee等于0.5除以信号的上升时间。对上升时间特性按照20%到80%阀值定义的信号而言(如今的器件规范中通常采用这种定义方式)，fknee等于0.4除以信号的上升时间。但注意不要把此处的信号上升时间与示波器的上升时间规格混淆了，我们这里所说的是实际的信号边沿速度。 第三步就是根据测量上升时间和下降时间所需的精确程度来确定测量该信号所需的示波器带宽。表1给出了对于具备高斯频响或最大平坦频响的示波器而言，在各种精度要求下需要的示波器带宽与fknee的关系。但要记住的是，大多数带宽规格在1GHz及以下的示波器通常都是高斯频响型的，而带宽超过1GHz的通常则为最大平坦频响型的。 表1:根据需要的精度和示波器频率响应的类型计算示波器所需带宽的系数 第三步:计算示波器带宽

下面我们通过一个简单的例子进行讲解:

对于在测量500ps上升时间(10-90%)时具有正确的高斯频率响应的示波器，确定其所需的最小带宽;如果信号的上升/下降时间约为500ps(按10%到90%的标准定义)，那么该信号的最大实际频率成分fknee=(0.5/500ps)=1GHz

如果在进行上升时间和下降时间参数测量时允许20%的定时误差，那么带宽为1GHz的示波器就能满足该数字测量应用的要求。但如果要求定时精度在3%范围内，那么采用带宽为2GHz的示波器更好。

20%定时精度:示波器带宽=1.0x1GHz=1.0GHz

3%定时精度:示波器带宽=1.9x1GHz=1.9GHz

示波器可以分为模拟示波器和数字示波器，对于大多数的电子应用，无论模拟示波器和数字示波器都是可以胜任的，只是对于一些特定的应用，由于模拟示波器和数字示波器所具备的不同特性，才会出现适合和不适合的地方。

模拟示波器的工作方式是直接测量信号电压，并且通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。

数字示波器的工作方式是通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止，随后，数字示波器重构波形。

数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO），数字荧光示波器（DPO）和采样示波器。

模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和超前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器的确从前台退到后台。