示波器基礎(chǔ)系列之二 —— 示波器的采樣率和存儲深度

圖13 1M點(diǎn)的FFT結(jié)果無法了解有關(guān)調(diào)制的信息

圖14 20M點(diǎn)的FFT清晰的確認(rèn)了時(shí)鐘的雙峰分布及相關(guān)調(diào)制規(guī)律

需要指出的是，對于長波形的FFT分析需要示波器超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，這往往超出了某些示波器的運(yùn)算極限。力科示波器最大可以做25M點(diǎn)的FFT，業(yè)內(nèi)T公司的示波器最大則只能做3.125M點(diǎn)的FFT分析。

高速串行信號分析需要真正意義的長存儲

抖動(dòng)分析和眼圖測試已成為分析高速串行鏈路的重要手段，也成為評估高端示波器的重要參考。

當(dāng)使用示波器進(jìn)行抖動(dòng)測試時(shí)，高速采集內(nèi)存長度是示波器進(jìn)行抖動(dòng)測試的關(guān)鍵指標(biāo)。高速內(nèi)存長度不僅決定了一次抖動(dòng)測試中樣本數(shù)的多少，還決定了示波器能夠 測試的抖動(dòng)頻率范圍。這是因?yàn)樗械亩秳?dòng)都具有不同的頻率分量，其通常從DC直流到高頻部分。示波器單次采集時(shí)間窗口的倒數(shù)即表明了抖動(dòng)測試的頻律范圍。 例如，你用一個(gè)具有 20G 采樣/秒(S/s)的采樣率和 1M采樣內(nèi)存的示波器捕獲一個(gè) 2.5Gbps 信號，那么你的示波器屏幕上就能捕捉到50 微秒長的一段波形，意味著你能捕獲到一個(gè)頻率為 20kHz的低頻抖動(dòng)周期。同樣的，對于20GS/s采樣率100M存儲深度（如力科的SDA6000AXXL），則可以捕獲到200Hz的低頻抖動(dòng)周 期。

而傳統(tǒng)示波器設(shè)計(jì)時(shí)采用將高速采集前端(多達(dá)80顆ADC)和高速內(nèi)存在物理上用一顆SoC芯片實(shí)現(xiàn)，由于有太多功能在一個(gè)芯片內(nèi)部，導(dǎo)致片內(nèi)高速內(nèi)存容 量的限制(在40GS/s下一般小于2M)，只能測量到20KHz以上的抖動(dòng)，并且當(dāng)需要測試低頻抖動(dòng)時(shí)，無法對內(nèi)存擴(kuò)展升級。對于大多數(shù)應(yīng)用，測試和分 析200Hz到20KHz范圍內(nèi)的抖動(dòng)信息非常重要。為了彌補(bǔ)這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷，這類示波器會采用外部的低速存儲器彌補(bǔ)片內(nèi)高速內(nèi)存，但外部存儲器不能 在高采樣率下工作，一般只能提供2GS/s，無法提供有意義的抖動(dòng)測試結(jié)果。例如，當(dāng)使用40GS/s實(shí)時(shí)高速采集時(shí)，512K內(nèi)存一次采集數(shù)據(jù)量僅為 12.5us，只能測試頻率范圍為80K以上的抖動(dòng)。在各種串行總線和時(shí)鐘抖動(dòng)測試中都很難滿足測試要求。

在眼圖測試中，由于力科率先采用的軟件時(shí)鐘恢復(fù)（CDR）技術(shù)已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在高速串行總線大行其道的今天，需要示波器有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力對大量的數(shù) 據(jù)樣本做實(shí)時(shí)的眼圖分析。比如，對PCIE-G2等眼圖分析都需要一次對1百萬個(gè)UI的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，并非所有廠商的示波器都能像力科示波器一樣能對所有 捕獲到的數(shù)據(jù)樣本做實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的眼圖測量。

圖19 力科示波器對一次性捕獲到的494.046K數(shù)據(jù)做眼圖的結(jié)果