精確測量微小信號

圖 1：R&S®RTO 示波器甚至在垂直方向靈敏度達 1 mV/div 情況下也可提 供全帶寬測量。

1您的任務

移動設備在變得越來越小的同時功能卻越來越多，客戶還期望電池使用時間能更長一點。降低耗電量是此類裝置設計中面臨的最大考驗。盡量保持低壓供電，以便在高速數據傳輸情況下將耗電量降至最小。因此設計中大量采用了低擺幅信號與低壓差分信號 (LVDS) 。低擺幅度信號在模擬和混合電路中也很普遍，與前面所述原因相同，如 D/A 轉換器和放大器中也使用了低電壓信號。傳統示波器在高垂直靈敏度下，不能提供全帶寬測試此類信號，這樣會使高精度測量非常難或者不可能完成– R&S®RTO現在可以幫助解決這一問題（見圖 1）。

2 測量測試解決方案

用于測量高頻信號的有源探頭通常采用 10:1的分壓，這會將原來的小信號的幅度壓低到原來幅度的1/10。當測量電壓擺幅為 350 mV 的 LVDS 信號時，示波器只輸入了35 mV 的電壓擺幅。示波器的垂直刻度應設定為 40 mV/div或4 mV/div 以便優化信號顯示（見圖 2）。R&S®RTO示波器具備高性能的模擬前端放大器，可將靈敏度調至 1mV/div，充分利用 A/D 轉換器的全部動態范圍。其他示波器使用軟件放大，僅僅放大了信號在屏幕上的顯示比例， 但實際僅僅利用了 A/D 轉換器的一小部分，測量誤差巨大。另外，由于R&S®RTO 示波器的本底噪音很低，也就無需通過采用限制輸入信號帶寬的辦法進一步降低噪聲， 在最高的靈敏度設置下可以做到全帶寬精確測量。

圖 2：此圖顯示一個 500 Mbit/s LVDS 全帶寬信號（黃色）以及采用有源 探頭探測到的 500 MHz 和 250 MHz 的過濾信號（白色為其蹤跡）。垂直 分辨率為 40 mV/div （基準單位：4 mV/div ， 源于探頭 10:1 的衰減 率）。

3 基于單核 A/D 轉換器的高動態范圍

真正衡量信號數字量化精度的指標是 A/D 轉換器的有效位數 (ENOB)。尤其是信號幅度小速度快的數據總線對動 態范圍有著更嚴格的要求。高帶寬數字示波器常采用 8位 A/D 轉換器。這些轉換器通常由多路慢速、交織工作 的轉換器和復用器組成。然而，由于各個轉換器性能并不統一，集成的轉換器越多，發生誤差的概率越高。 R&S®RTO 示波器不受這些限制。R&S®RTO 采用了單 核結構的 10 Gsample/s 轉換器，由一個單核的轉換器將 采集到的模擬信號轉換為 8 位數字信號。單核結構減小 信號失真并可獲得高于 7 位的有效位（見圖 3）。信號 的測量精度也取決于與信號頻率相關的示波器帶寬和前端的內部底噪聲。

圖 3：R&S®RTO 示波器采用 A/D 轉換器高度一致的 ENOB，確保精確顯示和最大動態范圍。

這就是為什么在 R&S®RTO示波器開發中采用最嚴格的設計要求的原因。努力終有回報：在同類儀器中，哪怕把靈敏度調到最高，我們的 R&S®RTO 示波器內部噪聲都是最低的，可以提供最準確穩定的測試結果（參見圖 4）

圖 4：內部底噪聲低，垂直輸入靈敏度甚至可達 1 mV/div。