8步教你進(jìn)行實(shí)時(shí)示波器的抖動(dòng)測(cè)量-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯步教你進(jìn)行實(shí)時(shí)示波器的抖動(dòng)測(cè)量-設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)時(shí)示波器要實(shí)現(xiàn)的抖動(dòng)測(cè)量必須進(jìn)行正確的配置。雖然有專(zhuān)門(mén)的抖動(dòng)分析軟件，以使用一個(gè)按鈕或向?qū)ь?lèi)型的方法自動(dòng)配置你的儀器，但軟件并不總是產(chǎn)生配置。今天給大家介紹一種可以應(yīng)用于任何品牌實(shí)時(shí)示波器的分步流程，手動(dòng)設(shè)置你的儀器來(lái)測(cè)量所有類(lèi)型的抖動(dòng)。

1、初始化儀器

打開(kāi)示波器電源并恢復(fù)出廠默認(rèn)設(shè)置。然后調(diào)整以下測(cè)量項(xiàng)目，并保存配置以便將來(lái)可以方便調(diào)用。

·將示波器模式設(shè)置為"realtime"

·Inputtermination設(shè)置為50歐姆

·關(guān)閉波形平均

·刪除個(gè)采樣點(diǎn)和觸發(fā)事件之間的所有延遲。減少了時(shí)基不穩(wěn)定性帶來(lái)的誤差

·配置測(cè)量設(shè)置來(lái)分析所采集的所有數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)子集

·選擇一個(gè)相對(duì)較大的記錄長(zhǎng)度（內(nèi)存深度），這樣就可以測(cè)量大量的抖動(dòng)數(shù)據(jù)，下面將對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化

·選擇采樣速率，下面將對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化

·選擇有效的示波器帶寬，下面將對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化

2、優(yōu)化垂直分辨率

高速示波器通常采用具有8位（256級(jí)）量化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。由ADC的電壓等于真實(shí)信號(hào)電壓加上量化誤差。這個(gè)誤差本質(zhì)上是舍入誤差，所以為了化它，我們只需要減少每個(gè)量化電平捕獲的電壓范圍。我們通過(guò)降低垂直分辨率，或者降低每個(gè)分區(qū)的電壓來(lái)設(shè)置。目標(biāo)是使用ADC的全部范圍。對(duì)于大多數(shù)示波器來(lái)說(shuō)，這意味著調(diào)整信號(hào)的波形，直到它只填充顯示屏的垂直高度。然而，一些示波器被設(shè)計(jì)為略微溢出顯示屏（與你的儀器制造商聯(lián)系以了解更多）。只要確保不飽和ADC，因?yàn)檫@將破壞波形的完整性。

圖1顯示了抖動(dòng)測(cè)量的優(yōu)化，通過(guò)對(duì)36MHz時(shí)鐘信號(hào)簡(jiǎn)單地降低垂直分辨率從(a)100mV/div到(b)54mV/div來(lái)實(shí)現(xiàn)，以秒為單位的峰峰（PP）和均方根（RMS）進(jìn)行的3種類(lèi)型抖動(dòng)：時(shí)間間隔誤差（TIE）、周期抖動(dòng)和相鄰周期（C2C）抖動(dòng)。作為參考，圖1(a)顯示了自動(dòng)縮放信號(hào)，順便說(shuō)一下，它不應(yīng)被用來(lái)測(cè)量抖動(dòng)。

圖1圖解說(shuō)明在36MHz時(shí)鐘信號(hào)中進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)量，使用（a）自動(dòng)縮放設(shè)置，接著（b）優(yōu)化垂直分辨率，（c）優(yōu)化系統(tǒng)帶寬，然后觀察（d）增加記錄長(zhǎng)度的效果

3、優(yōu)化采樣率

理論上，采樣率必須至少是信號(hào)中存在的模擬頻率的兩倍，以避免混疊。在實(shí)踐中，采集過(guò)程需要示波器以此頻率的2.5到3倍進(jìn)行采樣。一個(gè)保守的經(jīng)驗(yàn)法則是設(shè)置采樣率，以便每個(gè)邊緣被采樣至少5次。在計(jì)算抖動(dòng)時(shí)，越多采樣總是減少插值誤差的良方。更高采樣率的缺點(diǎn)是抖動(dòng)測(cè)量的較小數(shù)量（除非存儲(chǔ)器深度可以增加）。如果使用示波器提供的采樣率不能對(duì)邊緣至少采樣5次，則可以以犧牲處理時(shí)間為代價(jià)，啟用SINC插值來(lái)提供附加數(shù)據(jù)點(diǎn)。

4、優(yōu)化示波器帶寬

如果示波器帶寬設(shè)置得太低，信號(hào)的邊緣率將變慢，導(dǎo)致幅度噪聲更有效地通過(guò)調(diào)幅（AM）到相位調(diào)制（PM）的變化而轉(zhuǎn)換成計(jì)時(shí)噪聲。如果示波器帶寬設(shè)置得太高，額外的儀器熱和散粒噪聲將不必要地增加儀器的抖動(dòng)噪聲底部，這會(huì)引入測(cè)量誤差。

測(cè)量NRZ數(shù)據(jù)的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是將示波器的帶寬（加上探針，如果使用的話(huà)）設(shè)置為比特率的至少1.8倍，更優(yōu)選地是2.8倍。當(dāng)測(cè)量具有模擬輸出電壓電平的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，設(shè)置帶寬以至少捕獲第五諧波。具有數(shù)字電平的時(shí)鐘信號(hào)在高次諧波中具有顯著的頻譜能量，建議帶寬為基頻的20倍。

通過(guò)測(cè)量在帶寬上的上升時(shí)間，然后降低帶寬，直到上升時(shí)間從其帶寬值時(shí)變化超過(guò)5%，就可以在幾秒鐘內(nèi)設(shè)置帶寬。圖2展示了具有12GHz模擬帶寬的示波器的實(shí)驗(yàn)。y軸是歸一化到12GHz的值并以百分比表示的上升（和下降）時(shí)間。觀察到的帶寬為1GHz。使用更高的帶寬將提高儀器的抖動(dòng)噪聲底部；使用較低的帶寬會(huì)使測(cè)量的邊緣慢下來(lái)，并增加AM到PM轉(zhuǎn)換帶來(lái)的抖動(dòng)。圖1（c）顯示了如何通過(guò)將采集帶寬從12GHz減少到1GHz來(lái)改善抖動(dòng)值，從而帶來(lái)更低的儀器噪聲基底。

圖2顯示了一個(gè)36MHz時(shí)鐘（如圖1所示）的上升和下降時(shí)間隨示波器帶寬偏離12GHz而變化。從帶寬從12GHz到1GHz時(shí)，上升和下降時(shí)間是相當(dāng)恒定的移動(dòng)，然后到更低帶寬則迅速增加。因此，該設(shè)備的示波器帶寬為1GHz。

5、閾值電壓優(yōu)化

閾值電壓是示波器用來(lái)確定在何處測(cè)量抖動(dòng)的垂直電平。理想情況下，該電平被設(shè)置為模擬終端應(yīng)用中接收機(jī)電路所使用的電平。閾值電壓是當(dāng)輸入信號(hào)超越該電平值時(shí)，導(dǎo)致接收機(jī)中的判決閾值電路改變狀態(tài)的電壓電平。例如，差分信號(hào)的閾值電壓為0V。示波器使用該閾值兩側(cè)的接近的采樣點(diǎn)來(lái)在閾值電壓處插入交叉點(diǎn)，然后使用其來(lái)測(cè)量抖動(dòng)。

將閾值電壓設(shè)置為電壓，而不是作為電壓擺幅的百分比。圖3說(shuō)明了原因。如果波形(a)是幅度調(diào)制，(b)不在邏輯高（或邏輯低）下降，或者(c)包含振鈴效應(yīng)或其他，振幅擺動(dòng)的50%電平（圖3中的紅色標(biāo)記）可以變化或偏離參考接收器電平（圖3中的灰色線）。

圖3為了的抖動(dòng)測(cè)量，將閾值電壓設(shè)置在電平（灰度線），而不是在擺動(dòng)的50%（紅色標(biāo)記）

還需要設(shè)置滯后電壓（有時(shí)指定為上、下電壓閾值）以防止檢測(cè)假邊緣，如果信號(hào)中的噪聲使閾值電壓在每個(gè)邊緣多次交叉，則可能發(fā)生假邊緣。設(shè)置滯后電壓略大于信號(hào)中預(yù)期的電壓尖峰。你可以用示波器測(cè)量來(lái)估計(jì)這個(gè)電壓。簡(jiǎn)單地按照本文中的所有步驟來(lái)設(shè)置示波器，然后關(guān)閉DUT的電源或者從示波器上斷開(kāi)DUT。捕獲波形，然后測(cè)量整個(gè)波形上的峰峰電壓。在這個(gè)值上加上一點(diǎn)余量，并用它來(lái)計(jì)算一個(gè)你可以設(shè)置到示波器的遲滯值。通常默認(rèn)的滯后設(shè)置是足夠的，除非信號(hào)非常嘈雜。

6、選擇要測(cè)量的抖動(dòng)類(lèi)型

設(shè)置抖動(dòng)的類(lèi)型來(lái)測(cè)量（TIE，周期抖動(dòng)，C2C抖動(dòng)等），以及感興趣的邊緣（例如，僅上升沿，僅下降沿，或所有邊緣）。

7、選擇抖動(dòng)濾波器

你可以選擇將軟件過(guò)濾器應(yīng)用到測(cè)量的抖動(dòng)值，以模擬系統(tǒng)對(duì)通過(guò)它的信號(hào)的響應(yīng)。濾波器的目標(biāo)是只提取實(shí)際系統(tǒng)觀察到的抖動(dòng)。例如，TIE總是按高速串行標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行過(guò)濾。當(dāng)適用時(shí)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)要求設(shè)置濾波器特性。

8、優(yōu)化內(nèi)存深度

需要注意的是，示波器本身充當(dāng)矩形帶通抖動(dòng)濾波器。上（低通）角頻率由示波器帶寬設(shè)置。下（高通）角頻率等于1除以采集時(shí)間。換言之，下角頻率等于采樣率除以記錄長(zhǎng)度，其中記錄長(zhǎng)度是所采集樣本的數(shù)量。

較低的角頻率值得特別注意，因?yàn)樗梢詷O大地影響測(cè)量到的抖動(dòng)值。假設(shè)我們獲得一個(gè)無(wú)抖動(dòng)信號(hào)，如圖4底部的藍(lán)色曲線所示。讓我們把相位調(diào)制（即抖動(dòng)）加到這個(gè)信號(hào)上。如果由示波器采集的所有數(shù)據(jù)在相對(duì)時(shí)間的10個(gè)單位內(nèi)顯示（如圖4底部所示），那么在該時(shí)間幀中完全適合的相位調(diào)制頻率?‰n為1除以10個(gè)單位相對(duì)時(shí)間。圖4中的紅色曲線顯示了該噪聲頻率（頂部）及其對(duì)信號(hào)的影響（底部）。當(dāng)噪聲幅度為正時(shí)，相位調(diào)制信號(hào)（紅色波形）導(dǎo)致未調(diào)制信號(hào)（藍(lán)色波形），當(dāng)噪聲幅度為負(fù)時(shí)，它滯后。

如果我們將采集窗口分成一半，只獲取多5單位相對(duì)時(shí)間的數(shù)據(jù)，那么我們只觀察到我們獲得的信號(hào)的相位調(diào)制影響的一半。重點(diǎn)是，增加我們觀察信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度，使我們的測(cè)量能夠觀察到較低的頻率噪聲，這可以增加當(dāng)噪聲存在時(shí)我們測(cè)量的抖動(dòng)。

圖4向無(wú)抖動(dòng)信號(hào)（底部藍(lán)色曲線）添加相位調(diào)制（頂部曲線）產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)（底部紅色曲線）。為了觀察抖動(dòng)信號(hào)上的一個(gè)完整調(diào)制周期，示波器的存儲(chǔ)深度需要足夠大，在這個(gè)例子中需要能夠捕獲10個(gè)單位相對(duì)時(shí)間。如果波形是用5單位相對(duì)時(shí)間獲得的，那么只觀察到抖動(dòng)信號(hào)中一半的調(diào)制。

繼續(xù)較早的測(cè)量，圖1(d)顯示信號(hào)或測(cè)試環(huán)境中存在較低頻率噪聲時(shí)，增加記錄長(zhǎng)度（即存儲(chǔ)器深度）是如何能增加測(cè)量的TIE值。注意，周期和C2C抖動(dòng)隨著存儲(chǔ)器深度變化保持不變。這是因?yàn)門(mén)IE抖動(dòng)的定義能夠檢測(cè)低頻噪聲，而周期和C2C抖動(dòng)的定義基本上濾除了這種低頻噪聲。另一個(gè)考慮是，較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)采集增加了抖動(dòng)數(shù)據(jù)的數(shù)量，這可以統(tǒng)計(jì)地導(dǎo)致更高的峰峰值（即使我們?cè)趫D1的數(shù)據(jù)中沒(méi)有觀察到這一點(diǎn)）。

對(duì)于TIE，所需的內(nèi)存深度是捕獲你的應(yīng)用感興趣的噪聲頻率所需的深度。例如，如果你正在使用的標(biāo)準(zhǔn)需要在10kHz和20MHz之間分析TIE頻率，并且你的示波器需要40GSps來(lái)捕獲每個(gè)邊緣至少5個(gè)樣本，那么所需的存儲(chǔ)器深度是40GSPs×10kHz＝4Mptsofdata。

對(duì)于周期或C2C抖動(dòng)，從一個(gè)小的內(nèi)存深度開(kāi)始，然后增加它，直到你看到抖動(dòng)值保持不變。若要增加一點(diǎn)余量，使用略高于此值的內(nèi)存深度。對(duì)于N周期抖動(dòng)，所需的存儲(chǔ)器深度是捕獲N個(gè)連續(xù)循環(huán)所需的深度。

不管所測(cè)量的抖動(dòng)類(lèi)型如何，使用所需的內(nèi)存深度不會(huì)產(chǎn)生足夠大的數(shù)量來(lái)量化