安捷倫S系列示波器硬件設計解剖

圖7-1 低噪聲模擬前端部件（側面）

圖7-2 低噪聲模擬前端部件（正面）

以業界常見的4GHz帶寬示波器為例，低噪聲對比如下圖8所示。

圖8 4GHz帶寬示波器的底噪聲對比

3. 校驗濾波處理

個人認為圖1中S系列示波器捕獲板圈起來的“新的校驗濾波處理FPGA”的位置是錯的（這個圖是來自美國研發部門），這個FPGA應該與以前示波器一樣， 在ADC后面，執行內存管理，校驗濾波處理，顯示刷新加速處理等功能。現在多了一個FPGA，應該未來有更廣泛的用途，比如：執行FFT運算，抖動測量運 算，函數運算，DDC運算等（只是猜想）。不論如何，S系列示波器更注重使用硬件FPGA進行復雜運算。

按照技術手冊上給的說明，現在這些數字信號處理功能包括：硬件加速顯示處理（在深內存時，加快縮放時波形更新的速度）；頻響校驗濾波處理；示波器內部可控 的帶寬限制濾波器（從500MHz帶寬到示波器帶寬）；支持1-3通道和2-4通道的差分處理；執行去嵌入處理（包括：InfiniiSim,精密探頭， 均衡）。

頻響校驗濾波是非常重要的，下面做個簡要說明。圖9-1中是正常的硬件的頻響，包括幅度響應和相位響應，硬件設計沒法做到理想化。直接使用存硬件對信號的影響可由右邊圖看出來，會導致波形的失真（相位響應更易產生這樣的結果）。

圖9-1 硬件幅度響應和相位響應

通過執行校驗濾波器，使得幅度響應和相位響應達到比較理想化的狀態，相應波形失真較小，比較好的顯示出了原始波形（如9-2的右邊圖所示）。

圖9-2 通過校驗濾波處理后的幅度響應和相位響應

S系列示波器各種型號校驗后的頻響如圖10所示，都達到了比較好的平坦響應的狀態。

圖10 S系列示波器各個型號的頻響

4. 精密時基

S系列示波器使用了新一代的時基（恒溫晶體振蕩器OCXO），校準后，這個晶體振蕩器的精度可達+-100ppb（parts per billion,不是million),使得深內存時的高精度測量得到保證，抖動測量本底的儀器注入抖動達到100fs

圖11 新一代精密時基（OCXO）

圖12是業界同類儀器的時間精度對比表，可見S系列示波器的時基精度達到了新的數量級，而且是標配的指標。

圖12 業界同類儀器時基精度對比

在這么高的時基精度下，圖13給出了測量不同正弦波的抖動測量本底（抖動測量本底與噪聲、信號斜率和采樣子系統即儀器注入抖動相關，為：sqrt((噪聲 /斜率）^2+采樣子系統抖動^2)。圖中輸入正弦波的幅度是725mv，儀表設置為120mv/div，時基范圍設置為10us。

圖13TIE VS 頻率（抖動測量本底）

在軟件界面和應用這一塊，S系列示波器繼承了Z系列示波器（或離線軟件）的操作軟件人機接口界面，和以前的從物理層到協議層的超過30個應用選件，在此不作一一介紹了。

S系列示波器作為新一代示波器的技術突破點主要是：1）使用10位ADC；2）2倍好的信號完整性：足夠低的噪聲本底，更高的有效位ENOB和SFDR， 更低的儀器注入抖動到100fs；3）垂直靈敏度范圍低達2mv/div；4）標配50Mpts/100Mbps存儲深度，最高400Mpts /800Mpts存儲深度；5）2級硬件觸發+infiniiScan觸發；6）標配可拆卸SSD，電容觸摸屏，降噪濾波器。