決定示波器性能高度的模擬技術(shù)

　　雖然示波器不是對硬件要求最高的儀器，鑒于示波器是眾多工程師最熟悉也是測試儀器細分市場最大的單臺儀器，所以我們采訪了全球能將示波器帶寬做到GHz級別廠商中的幾家代表，從示波器的硬件分析入手，帶大家一起了解示波器的核心設(shè)計單元。

　　帶寬，采樣率和存儲深度，是決定一臺示波器市場價值最直觀的三大特性，其中帶寬是最明顯能體現(xiàn)示波器的性能的指標，采樣率的數(shù)值和帶寬有著一定的聯(lián)系，而這兩個數(shù)值則直接關(guān)系到示波器的最終售價，其數(shù)值也基本都是由模擬單元的硬件性能決定的?！　?/p>

        示波器的架構(gòu)經(jīng)歷了幾十年的沉淀，特別是最近二十年數(shù)字示波器的高速發(fā)展，已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定，普源精電(RIGOL)副總裁邢飛介紹，當代數(shù)字示波器的基本組成主要包括：模擬前端(負責信號調(diào)理)-> 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (調(diào)理后信號數(shù)字化)-> 數(shù)據(jù)采集/存儲/信號處理 -> 顯示與人機接口。其中前兩個部分決定了示波器絕大部分性能指標，也是示波器的核心所在。

 　　帶寬與模擬前端

　　帶寬，是選擇示波器時最基本的參數(shù)，從2004年的30GHz問世，到45GHz的出現(xiàn)，這期間等待了5年，而到60GHz示波器的出現(xiàn)只有短短的3年，而最近的12個月里，示波器三強紛紛更新了自己的最頂級配置示波器，一切仿佛對2002-2004年示波器性能軍備競賽的翻拍。

　　就在今年4月，力科從2004年開始擁有了多年的數(shù)字示波器帶寬性能之最的皇冠被安捷倫占據(jù)，安捷倫的Infiniium 90000Q最高帶寬做到了63GHz，超過了力科LabMaster10Zi的60GHz。當兩家主要競爭對手都推出60GHz級別的示波器之后，下一步，我們期待泰克科技如何應(yīng)對。

　　決定帶寬的關(guān)鍵是示波器的模擬前端，包括衰減器, 放大器和相關(guān)電路，是被測信號進入示波器的大門，示波器的測試信號帶寬很多情況下都是由模擬前端的帶寬決定的，也就是直接影響了示波器的本底噪聲和量程。模擬前端的設(shè)計工作在示波器的硬件設(shè)計工作當中，實際上占據(jù)了一半以上的工作量，并且在很大程度上最終決定了示波器的硬件性能。

　　對于模擬前端來說，其影響示波器的主要性能指標包括：

　　● 模擬帶寬，包括對被測信號幅頻響應(yīng)特性，在時域上表現(xiàn)為上升時間指標和過沖性能指標;

　　● 輸入信號幅度動態(tài)范圍(非數(shù)字處理的最小垂直靈敏度到最大垂直靈敏度的范圍);

　　● 直流增益精度和偏移精度兩個指標的初始誤差特性和溫度漂移特性;

　　● 輸入阻抗特性(電阻并聯(lián)寄生電容)影響在帶探頭或不帶探頭情況下對被測電路的影響。

　　如果給示波器的模擬前端設(shè)計在整個的硬件設(shè)計中的重要地位做一個形象的比喻，模擬前端的作用類似于照相機的鏡頭。很多攝影發(fā)燒友在使用單反相機，一個很重要的原因是單反相機的鏡頭有更好的光學特性。類似的道理，模擬前端對輸入信號進行衰減放大和信號調(diào)理，系統(tǒng)噪聲也會被放大。如果示波器的模擬前端設(shè)計差，系統(tǒng)噪聲大，希望測試的微小信號將無法捕獲;如果在頻域觀測，這些噪聲將使信噪比下降，底噪升高。如果信號通路間的隔離度不夠，其他通道的信號將對被測信號造成較大的干擾。同時，模擬前端的線性度和抗飽和能力也十分重要。