DSO中的內插技術 (數字示波器重要功能的使用)

試驗：
以10 GS/s采樣率應用6 GHz正弦曲線


力科WaveMaster 8620A，使用SinX內插 泰克6604，使用SinX內插

備注：
這一試驗不符合邏輯，因為6 GHz超過5 GHz的內奎斯特速率，但我們使用這一試驗說明在SinX內插中止時會發生的情況。

只有力科和安捷倫示波器能夠觸發這一波形，但有一定難度，泰克示波器會自動觸發。

力科和泰克示波器在算法中展現了可預測的分類結果。安捷倫示波器只能得到一條直線。這不是預計的行為。這是一種荒謬的情況，不論如何都應避免這種情況。

安捷倫54855A，使用SinX內插

試驗：
20 GS/s時的6 GHz正弦曲線


力科WaveMaster 8620A，使用SinX內插 泰克6604，使用SinX內插

備注：
只有力科和安捷倫示波器能夠觸發這一波形，但有一定難度，泰克示波器會自動觸發。

由于高采樣率，力科和安捷倫示波器展現了預計的完美SinX內插性能。泰克示波器在結果中顯示了部分幅度調制，但這沒有被視為內插結果，而是通道復用性能。如果沒有生成穩定觸發，很難確定這一劣化的來源。

安捷倫54855A，使用SinX內插

高端DSO中的內插實現方案差異

我們設計了上一節中應用的試驗，演示了內插有效性與信號頻率成分和示波器采樣率相關，但負面效應進一步演示了內插算法實現方案中的重要差異。

示波器之間的其它重要差異是內插規則。

所有力科DSO都提供了SinX內插模式。在力科全系列X-Stream DSO上，可以通過通道設置菜單控制內插，每條通道支持不同的內插選擇。在以前的力科示波器型號上，則通過演算曲線提供SinX內插。

WaveMaster在通道設置菜單中提供了兩種內插選擇：Linear或SinX。這種描述的用詞實際上是不恰當的，因為選擇線性內插實際上是沒有內插。選擇SinX內插會導致示波器在采集的每個實際樣點之間生成9個額外的點，從而使采樣率提高10倍。在默認狀態下會選擇線性(或無)內插。力科的策略是在不知道輸入信號時，在默認狀態下應關閉內插，示波器應默認只使用采集的波形點。

顯示畫面可以設置成只顯示點或直線。在選擇點時，將只顯示波形點，包括任何內插的點。在選擇直線時，會在每個波形點之間畫一條直線，僅包括顯示畫面上內插的點。

下表詳細介紹了在WaveMaster上怎樣應用內插及怎樣顯示波形的規則。


安捷倫和泰克的內插功能明顯不同。

泰克示波器提供了兩種波形內插選項：Linear和SinX，但與力科實現方案不同，線性內插會實際內插額外的點。在默認情況下會啟動SinX內插。在波形生成中是否實際使用內插取決于時基設置和請求的點數。基本上，泰克把采集時間周期除以采樣周期，如果這個數值小于請求的點數，那么它會內插，生成請求的數量。不管波形中是否內插點，泰克示波器似乎都在內部測量中使用SinX內插。泰克提供三種顯示樣式：點、矢量(直線)和放大的樣點。在波形生成中，唯一使內插失效的方式是使用放大樣點顯示模式。

安捷倫允許關閉或打開SinX內插，允許在顯示模式中使用點或直線。與泰克一樣，安捷倫的判斷基于是否內插時基設置，在低于500 ps/div的時間/格設置時內插最多16個額外的點，在高于50 ns/div時不內插額外的點。如果顯示樣式選擇直線，那么將在各點之間劃直線，甚至包括內插的點。這與力科實現方案類似，但這些直線也出現在余輝曲線中，力科從不會把直線放在余輝曲線中。



下表比較了示波器的行為：

現在，讀者應該很想知道不同操作的原因。我猜想部分原因可能是示波器之間的硬件限制。此外，由于內插對處理不敏感，因此有人試圖在大的波形中降低內插令更新速率下降的影響，這進一步提高了參與競爭的示波器的復雜程度。

注1 部分專用測量采用線性內插之外的內插技術

在這方面，力科WaveMaster之所以能夠實現簡單操作，是因為其X-Stream?架構是為異常高效地處理大量的數據設計的。WaveMaster有效使用2.53 GHz工作頻率的Pentium 4處理器，這是示波器中使用的最強大的處理引擎。

功能差異的另一個原因源自力科和其它示波器廠商的基本理念差異。安捷倫和泰克主要根據time/div設置改變內插行為。在采集時間周期變大時，這兩種競爭的示波器都抵制內插。換句話說，在采樣時間周期變大時，內插改善的采樣率會下降。由于較大的time/div設置一般會降低用戶獲得的波形特點信息，因此除非使用放大，否則這一行為傳達的基本信息是：除非要查看精細的特性，否則波形采集中不需要更高的分辨率和精度。力科嚴肅地看待這類儀器行為。我們認為，波形分析中的測量結果不應依賴于目前在屏幕上看到的東西。

這里，time/div設置成2.5 ns/div，點數設置成500。泰克示波器確定不需要使用內插。但如果放大波形，它會在很大程度上內插放大曲線。

顯然，泰克示波器對內部測量采用SinX內插，而不管使用的示波器設置是什么。

安捷倫示波器，20 GS/s、100 ps/div、啟動SinX內插。正弦波看上去很好，測量精度很高。

時基設置成200 ns/div，以采集大量的樣點。由于采集時間較長，屏幕上的正弦波視圖是模糊的。在這種設置下，測量中顯示了?，表示示波