第十四講 示波器基礎(chǔ)

中心議題:?影響數(shù)字示波器時間測量不確定性的因素是：采樣間隔和測量間?采樣間隔與示波器的測量內(nèi)插算法和時基短期穩(wěn)定性有關(guān)?測量間隔與示波器時基有關(guān)對于力科WaveMaster系列示波器，時間間隔測量精度=±（（0.06*采樣間隔）+（1ppm的測量間隔））。這一公式反映了數(shù)字示波器上時間測量不確定性的兩個主要來源，采樣間隔和1ppm的測量間隔。后者表示由于示波器時基導(dǎo)致的不確定性。WaveMaster系列示波器采用1ppm的時基，影響著較長的時間間隔。例如，如果測量的是1GHz時鐘（1ns周期），那么由于時基導(dǎo)致的不確定性是1fs。umeoncrosiffig■....時間間隔精度的第一個部分（0.06*采樣間隔）與示波器的測量內(nèi)插算法和時基短期穩(wěn)定性有關(guān)。在力科示波器中，時基對不確定性的影響非常小。內(nèi)插算法是用來計算出信號穿越在某設(shè)定的電平的時間上軸上確切時刻。鑒于力科提供了80GS/s的最大采樣率，在有些情況下需要使用內(nèi)插。在任何一定邊沿上存在三個或三個以下的樣點時，示波器中會自動執(zhí)行內(nèi)插。在整個波形上不執(zhí)行內(nèi)插。但是，在測量中只內(nèi)插越過門限周圍的點。為找到穿越點，我們使用立方內(nèi)插，然后線性擬合到內(nèi)插的數(shù)據(jù)，如圖umeoncrosiffig■....I brp*>Qtingthrcphsifl2.addnou'cubx：l<mtefpolatQdpohtc1MbEiutcTOCTlirws3rl^n圖1測量內(nèi)插的圖形視圖，顯示怎樣在采樣的波形上確定越過時間（TOC）內(nèi)插精度取決于許多因素。主要因素是信號的跳變時間、采樣率、垂直噪聲和有效垂直分辨率。圖2是通過使用簡單的模型，利用8位數(shù)字化器以20GS/s采樣率對300ps邊沿信號的典型計算方式。信號幅度是全標的80%。垂直分辨率和時間分辨率之間的關(guān)系是：Dt=Dv/dv/dt其中：Dt-時間不確定性Dv-幅度不確定性dv/dt-跳變沿對1l.s.b.(1/256的全標)的垂直不確定性，以及在6個樣點中0.8的全標的跳變沿(300ps@50ps/樣點)，等效時間不確定性為：Dt=(1/256)/(0.8/6)=0.03個采樣周期圖2簡單的模型，表明垂直不確定性與定時不確定性的映射關(guān)系由于采樣周期是50ps，這一測量的不確定性是1.5ps。這種時間不確定性適用于任何一項測量。大多數(shù)這類測量不是以孤立方式進行的。多次測量允許用戶研究測量值的變化。在多次測量中，測量值的平均值的不確定性會下降。對高斯分布，測量不確定性會以測量次數(shù)的平方根下降。因此，重復(fù)測量100次可以使采樣平均值的精度提高10倍。圖3顯示了在700MHz方波上進行20次period@level參數(shù)測量的結(jié)果。每次測量都在包括35,000個周期的采集上執(zhí)行。這會把指定的不確定性降低到大約16fs。測量與頻率計數(shù)器相關(guān)，頻率計數(shù)器的測量結(jié)果也繪制在了圖上。注意，示波器測量很好地位于歸一化后的指標極限內(nèi)，與計數(shù)器測量結(jié)果高度一致。注意，圖上的水平標度是每格20fs。AccuracyofPtwLevelFor700MHzSquarewave,G-QtinterR?adingXP@L?velxwwerseeurncylimit■upperBCGur@cylimit5Q11」3iq.EnNu5Q11」3iq.EnNusMabtJq1,42741.427421.427441427461.4274&142751427521.427541,427561,4275014276Period(ns.)圖3在20次采集中進行period