高帶寬實時數字示波器帶寬實現原理及市場應用分析

　　摘要：隨著消費、通信、存儲、高性能計算、視頻等領域對速度及帶寬密集型應用要求的不斷提升，信號的速率也在迅速地提高。這對數字實時示波器等測試設備的性能提出了更加苛刻的要求。帶寬的高低直接決定了能夠測量到多高速率的信號以及測量到的信號的真實性程度。本文就將對高帶寬示波器的應用、示波器高帶寬的實現方法及瓶頸以及美國力科公司最新發布的的LabMaster 10Zi做一簡要介紹。

　　需要多高的示波器帶寬

　　根據傅里葉變換原理，任意一個信號均可以分解為多個正弦波，其中偶次倍頻信號能量為零，奇次諧波的功率譜能量隨著諧波次數的增加而逐漸下降。

　　如圖1所示為一高速信號的功率譜密度示意圖。其中縱軸表示信號的功率，水平軸表示比特率(1/2為一次諧波位置，3/2為3次諧波位置等等)。圖中的0，10，20，……100對應的曲線，表示信號的速率一定，但是信號的上升時間分別占信號位寬(Unit Interval)的不同比例時(0%，10%，20%，……100%)的功率譜密度趨勢圖。可見信號的邊沿越陡上升時間越小，信號的能量下降得就越慢，此時就需要使用更高帶寬的示波器來測量信號的更高次諧波，才能夠保證信號的真實性，圖中紅色虛線即表示信號上升沿很陡時候的功率譜曲線，而藍色虛線表示信號上升沿時間約為信號位寬100%時的功率譜曲線。而對于標準的高速串行信號來說，信號的上升時間一般為信號位寬的30%，其主要能量集中在5次諧波以內。通常來說選擇示波器帶寬一般有如下兩個經驗：一是對于非標準信號，如時鐘信號，一定要看其上升時間的長短，根據F=0.35/Tr來估算信號的能量分布范圍，然后選擇3~5倍于該值的示波器帶寬來測量信號;二是對于標準的串行數據信號，則選擇示波器帶寬能夠測量到其速率的5次諧波即可。