近实时取样示波器_历史上今天-电子工程世界

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　　示波器是通用测量仪器之一，人们用它来观察和测量高频信号。众所周知，示波器有实时示波器和取样示波器之分。实时示波器采用实时取样技术，其取样脉冲频率高于信号频率，在信号的每一个周期取出信号的多点瞬时值，其包络反映原信号的波形。取样示波器的基本原理是利用等效取样技术，将高频(或高速)信号变换为与原来信号波形相似的低频(或低速)信号。在这种取样过程中，每个信号周期只取样一次，取样信号依次地延迟Δt，完成一个取样周期后，离散信号的包络反映原信号的波形。这种固定延迟时间有顺序的取样也称为顺序取样。

　　目前，数字示波器的实时带宽超过10 GHz，用于PCI-Express 2 (5Gbits)，SATA3(6 Gbits )以及ZAUI2 (6.25 Gbits)的测量；而取样示波器的等效带宽达到100GHz，满足10- Gbits Ethernet,OC-192、OC-768以及其它超高速应用的需要。取样示波器的带宽较高，不过，这种示波器仅限于对信号完成部分进行详细测量，以及在串行数据通信中的眼图观察。由于取样速率低，难以捕捉较长数据类型的信号，所以很难用于抖动等的详细分析。现在有一种新的技术，可以更快，更准确进行这一类工作，这就是称为相干交错取样(CIS)技术。采用这一新技术的示波器称为近实时取样示波器(NRO)，以与实时示波器相区别。

　　相干交错取样

　　顾名思义，CIS使用相位与待测信号时钟同步的取样脉冲，这是对传统取样技术的重大改进，传统取样技术只是利用触发信号的同步功能，而CIS则利用PLL的锁定功能，时基上用触发信号作相位基准。这样做明显地有两个优点：

　　·它无需对内部延时发生器进行校准，提高了测量的定时精度。

　　·PLL能过滤掉触发信号的抖动，从而保证测量规定的抖动，而与触发信号的质量无关。这对采用外部时钟恢复电路来产生触发信号的场合尤为重要。由于触发信号直接用作定时基准，传统的顺序时基将呈现附加的抖动，任何触发信号的抖动直接转换为定时误差。

　　为了进一步了解CIS的工作，首先考察一个重复位图形周期信号经PLL得到的，其频率略低于信号时钟的整分数倍。取样间隔是这样设置的，取样脉冲在待测信号的每个周期内采集一次信号。图1是一个8位数据图形，图形每隔LTb秒重复出现，这里L是图形长度，Tb是一个单元间隔(UI)的持续时间。取样速率与数据速率和图形长度有关，可用下式来确定：

　　SR=1/LTb

　　由此可知，即便对位长度较长的信号，取样速率仍可以取得较低。例如，1个1024位、2.5Gb/S信号，取样速率仅为2.4MS/s。

　　真正的CIS使用恒定的取样速率，与数据速率和位长度无关，从而提高基本相干取样的性能。为了保持取样速率恒定，将数据图形重复间隔(LTb)分成若干个段，利用段时间来确定相干取样频率。再次考察相同的8位图形，将数据分为两段(图2)。由于分段的缘故，数据取样不再按正常的时间顺序排列，而是交错地进行的，因此取样波形是在采集完成后重新排序获得的。CIS的取样速率由下式给出：

　　SR=KN/Tb(NL+K)

　　因子K是可变的，对任何们长度和速率能保持10MS/s的取样率。

　　近实时取样示波器

　　NRO采用CIS技术，取样器锁定在从输入信号中恢复的时钟上，取样速率略低于10MS/s，这样取样速率不是数据速率严格的整分数倍，让取样在图形的同一时间点上重复进行。示波器连续地捕获数据，并将数据存储器长度为4M点，最长可达512M点。

　　如上分析表明，NRO不是顺序地采集数据的，需用记录数据重新排序后来重构波形。由于数据采集技术的差异，CIS方法采集数据至少比顺序取样技术快50倍(10MS/S对于200KS/S)；数据点多1000倍(4M点对4K点)。NRO的有效带宽在20GHz-100MHz。

　　NRO通常用来捕获重复的数据图形。但也可以对非重复的信号(包括现场的串行数据流)进行眼图的测试和抖动测量。CIS时基的取样脉冲与时钟信号锁相的，CIS时基的RMS抖动一般小于600fs，可选购的高稳定时基则能提供小于200fs的RMS抖动。在CIS模式中，4M点基本存储长度可以在长串行数据码型上完成抖动成分的分解；存储长度扩展到512M点时，更能捕获，显示、测量近数百万位的码型。

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