DSO中的內插技術 (數字示波器重要功能的使用)

為什么要做這種簡單的測試工作？

如果認真考察一下在DSO重復觸發重復信號時采集的樣點，您將看到采樣相位變化。采樣相位是實際采樣點距觸發位置的變化。

某個采集的采樣相位取決于觸發時間與內部示波器采樣時鐘之間的關系。由于輸入波形和示波器采樣時鐘不相關，除非常在特殊情況下，否則采樣相位實際上是隨機的。如果想繪制從觸發到第一個樣點之間的時間的直方圖，您會發現它在0個采樣周期與1個采樣周期之間構成了均勻分布。

由于采樣周期是隨機的，因此重復觸發余輝中的波形將導致示波器在測量期間對波形中所有可能的位置采樣。只要填充余輝曲線的點是實際樣點，那么示波器將生成實際模擬波形隨時間變化的圖片。我們以此為參考。

對每次采集提供的樣點，示波器把內插的點放在實際模擬波形上的能力決定著內插的有效性。換句話說，在任何給定的采集上，內插的點應落在實際模擬波形上，而不管采樣相位如何。

這是使用MathCAD電子表格的應用的測試圖片。連續波形的線性度與特定設備有關，上升沿跳變時間為100 ps，采樣率為10 GS/s。它以10個不同的采樣相位采樣連續波形，通過SinX內插把連續波形擴大10倍。重疊的曲線顯示了預計的劣化。通過使用此類技術，可以以數學方式確定內插的效果。此外，可以確定這一環境中的測量效應。例如，通過繪制50%交叉時間的直方圖，可以以量化方式確定抖動劣化。

部分簡單的試驗

我們使用三種競爭的DSO進行簡單的試驗，其分別是力科Wavemaster 8620A、泰克6604和安捷倫54855A。這三種示波器的帶寬指標都是6 GHz，最大采樣率是20 GS/s。我們使用六種不同的信號和采樣率組合，說明SinX內插算法的性能。


試驗：
以20 GS/s采樣率應用31 ps脈沖

力科WaveMaster 8620A，使用SinX內插 泰克6604，使用SinX內插
泰克6604，使用線性內插 安捷倫54855A，使用SinX內插

備注：
所有示波器在使用SinX內插時都展現很緊的余輝曲線，與沒有內插時生成的余輝曲線匹配。由于31 ps邊沿提供了示波器看到的任何邊沿中最大的頻率成分，這一結果表明對所有示波器，SinX內插在20 GS/s的最大采樣率時最有效，而不管應用的信號如何。

安捷倫示波器在下沖中存在一定的信號保真度問題，與是否啟動Sinx內插無關。

圖中顯示了泰克示波器的線性內插，展現了部分劣化。泰克示波器默認采用SinX內插，高速信號不應使用線性內插。

試驗：
以10 GS/s采樣率應用31 ps脈沖


力科WaveMaster 8620A，使用SinX內插 泰克6604，使用SinX內插
安捷倫54855A，關閉內插 安捷倫54855A，使用SinX內插

備注：
由于邊沿的頻率成分超過5 GHz的內奎斯特速率，力科和泰克示波器在SinX內插中展現出預計的劣化。

應該指出的是，在力科示波器上，在默認情況下會使SinX內插失效，因此用戶不得不明確啟動SinX，才能獲得這個結果。在泰克示波器上，這個行為是默認的行為。在泰克示波器上，避免這一行為的唯一途徑是在顯示設置中選擇"intensified samples"。

安捷倫示波器顯示了令人混淆的結果。首先，10 GS響應與前面顯示的20 GS響應完全不同。其次，內插SinX的響應顯示了另一個完全不同的響應。在內插方面，令人驚奇的是，安捷倫示波器在啟動SinX內插時可以生成很緊的余輝地圖，而不管邊沿是否包含超過5 GHz內奎斯特速率的頻率成分。

試驗：
以10 GS/s采樣率應用3 GHz正弦曲線

力科WaveMaster 8620A，使用SinX內插 泰克6604，使用SinX內插
安捷倫54855A，關閉內插 安捷倫54855A，使用SinX內插

備注：
力科和泰克示波器沒有展現預計的劣化，因為3 GHz正弦曲線遠遠低于5 GHz的內奎斯特速率。盡管泰克示波器在余輝曲線中顯示了多條曲線，這被視為由于觸發性能差而導致的，而不是內插導致的。

安捷倫示波器演示了完全不正確的操作，演示了錯誤應用內插。3 GHz波形大大衰減，應視為錯誤結果。解決方案是避免SinX內插，或一直以20 GS/s運行這一示波器。

試驗：
以10 GS/s采樣率應用4 GHz正弦曲線

力科WaveMaster 8620A，使用SinX內插 泰克6604，使用SinX內插
安捷倫54855A，關閉內插