高性能示波器應對光通信測試分析

　　由于示波器是設計方面(尤其是信號完整性方面)至關重要的工具，設計人員應熟悉示波器的指標及它們影響測量的方式。讓我們觀察一下最重要的三大因素：上升時間、采樣率和帶寬，從而對它們進行更深入的了解。

　　上升時間：示波器的上升時間越快，測量到的上升時間就越準確。但是，當示波器的帶寬或上升時間和信號的上升時間彼此更接近時，會怎樣呢?有人曾用經驗法則(如：0.35/上升時間)來計算所需的示波器帶寬，但這種經驗法則只適用于某些示波器的前端設計，并且通常不適用于當今為高速串行數據速率和伴隨的快速上升時間而優化的前端設計。

　　應當注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺示波器可以具有完全不同的上升時間、幅度和相位響應。所以，僅了解示波器的帶寬無法可靠地揭示出其測量性能。此外，通過計算確定的上升時間可能也不準確。了解示波器上升和下降時間響應的最可靠方法是，使用一個比被測示波器信號快得多的理想的階躍信號對其進行測量。

　　在使用DPO/DSA73304D的情況下，使用這種方法確定出9ps的上升時間。但是，信號速度可以被測量的意思是什么呢?根據正確的經驗法則，信號上升時間與示波器上升時間的比值為2x或>18ps。事實證明，對于當今最快的FPGA設計中使用的28Gb/s的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時間。

　　采樣率：因為更快的采樣率將帶來更多的波形細節，所以這一因素非常重要。另一方面，對最快的信號而言，采樣率不足可能導致欠采樣。DPO/DSA73304D提供了一流的采樣率性能。利用交錯技術提供的采樣率性能可將雜散高頻的影響降至最低，該技術采用的是8路采樣/保持方法。參見圖4中的數據，可得出成功和失敗執行的交錯技術的差異。

　　奈奎斯特定理(Nyquist theorem)指出，采樣系統應以輸入信號最高頻率的2倍以上進行采樣。雖然這是最低的起點，但是在任何情況下，采樣率越高，結果越準確。通過使用2.5倍于輸入頻率的較高采樣率或更高的采樣率，可以提供更多的感興趣信號上的采樣點，且能避免混疊。對于極高速信號的表征而言，這將特別重要。

　　圖5顯示了較高的采樣率值。黃 色跟蹤線(C1)在50GS/s上，而白色跟蹤線(R1)在100GS/s上。過采樣的原因包括：為確保信號中已知和未知的高頻部分被捕獲，且沒有混疊;為實現卓越的定時分辨率(特別是快速瞬態信號或邊緣上的定時分辨率);作為一種減少測量中噪聲的手段，采樣過密會減少示波器模數轉換時附帶產生的量化噪聲。

　　帶寬：示波器必須有足夠的帶寬來捕捉高頻部分，以便準確地顯示信號的轉換。但是，當銷售商為帶寬需求進行善意提示，推薦5次諧波時，事情在不斷發生變化。邊沿速率(上升/下降時間)的變化并沒有與數據速率的變化同步。這意味著，所需的最大帶寬受上升時間的影響更大。例如，目前第三代規格的上升時間在30ps的范圍內。隨著速率的不斷提高，這似乎并沒有很大變化，這表明，相對于數據速率的信號諧波含量正在下降。

　　設定垂直量程：除帶寬、采樣率和上升時間外，對高性能示波器來說，觀察當前高頻信令中常見的低壓信令非常重要。在這一領域中，DPO/DSA70000D系列提供了無可比擬的靈活設定垂直量程的能力，是唯一提供可變端接電壓(Vterm)的高性能示波器。在傳統上，示波器輸入一直是接地的，而被測信號通常沒有參考地電平。多種現代應用(包括DC耦合信號應用)現在要求具有正或負的端接電壓才能運行和檢測。把這些高速信號引到大地至少會損害測量結果，要求專用夾具電平移位和/或衰減信號，則可能會損壞被測器件(DUT)。

　　過去，調節測量系統的端接電壓需要采用專用探頭或定制衰減器網絡，這引入了額外的測量噪聲，需要額外的成本。DPO/DSA70000D系列為DUT提供了高達±3.4V的可變Vterm，并在前端MCM采用了分路電路設計，支持較大的偏置范圍。

　　用戶可以調節示波器、鏡像DUT的條件和特點，在其最終運行的類似環境中測量高速信號，而沒有引入衰減或可能使信號失真的定制電路。

　　隨著現代高速信號的電壓范圍下降，工程師還需要具有廣闊靈活的測量視角。DPO/DSA70000D系列與Vterm功能相結合，提供了±3.4V的擴展偏置范圍。這不僅是一種放大功能，還可以在全部動態范圍查看和測量可變電壓。通過結合使用Vterm和偏置，把示波器的參考點中心放在DUT工作范圍的參考點上，可以使可用的動態范圍達到最大，并使測量系統的噪聲達到最小。

　　精確性和強大的捕獲能力

　　高性能技術應用正在推動現代測試設備的發展。硅檢定、串行數據一致性測試、光學調制分析、雙倍數據速率(DDR)存儲器和寬帶RF檢驗等任務，不僅要求具有杰出的帶寬、采樣率和信號保真度，還要求具有巨大的靈活性，來調節示波器的測量條件和視角。

　　泰克DPO/DSA70000D系列示波器在實時示波器中同時實現了行業領先的信號完整性和定時精度，使用戶能夠更準確的、以更高的信心來完成設計，設計人員能夠：利用業界最精準的采集系統，發現感興趣的重要信號。此類采集系統的特征是采用了在示波器和探頭中使用的可靠鍺化硅技術;使用市場上最廣泛的觸發系統，捕獲高速信號評估所需的精確的信號事件;利用高采樣率搜尋記錄，以確定關鍵事件/誤差，用于系統驗證;評估要求正或負端接電壓的DC耦合信號，而不會把信號牽引到地或損壞被測器件;利用30GHz以上的示波器中最高的信噪比，快速分析關鍵測量結果。它能夠提供高靈敏度、低噪聲的測量結果，從而為進行精確的高速光學、能量和串行數據測量定性分析提供依據。

　　尖端軟件與DPO/DSA70000系列平臺上的用戶界面工具相結合，為復雜測量方案(包括調試/分析)提供了最短的快速響應時間。DPO/DSA73304D通過與高帶寬、高采樣率和快速上升時間相結合，可以為現今最高的信號完整性測量需求而進行特別的量身定做。