多通道高帶寬同步采集系統(tǒng)

2)觸發(fā)信號偏斜和抖動

為了使每臺示波器在同一時刻采集數(shù)據(jù)，必須同時觸發(fā)，需要一個共同的觸發(fā)信號通過電纜、探頭或者其他電路網(wǎng)絡(luò)輸入到各臺示波器。觸發(fā)信號傳播網(wǎng)絡(luò)的延遲差異顯然會導(dǎo)致觸發(fā)信號到達(dá)各示波器的時刻有偏斜，如圖7虛線所示路徑。而且每臺示波器的觸發(fā)電路都有觸發(fā)抖動（Trigger jitter）。單臺示波器的4個通道由一個觸發(fā)電路控制，即使觸發(fā)抖動再大，4通道之間沒有相對觸發(fā)抖動。但多臺示波器就有多個觸發(fā)電路，各觸發(fā)電路的抖動又不相關(guān)。考慮一個最壞情況，在一次采集中，一臺示波器的觸發(fā)抖動是1ps，另外一臺可能是-1ps，那么這兩臺示波器通道之間因?yàn)橛|發(fā)抖動產(chǎn)生的時序偏斜就有2ps。

圖7多臺示波器觸發(fā)信號的偏斜

3)信號通道偏斜
信號從進(jìn)入示波器輸入接口，經(jīng)過前端模擬電路，到達(dá)ADC，這一段行程需要一定傳播時間，一臺示波器各個通道的信號傳播時間不可能完全一致，多少有一些差異，一般較小。但不同示波器之間的通道偏斜可能很大。

以上影響同步精度的因素，有的是靜態(tài)誤差，有的是動態(tài)誤差，總結(jié)如下：

靜態(tài)誤差一般可以通過校準(zhǔn)方式來消除，而動態(tài)誤差難以消除。對于單臺示波器，時鐘抖動可以控制得比較小，觸發(fā)抖動也可以不計，但在多臺示波器同步方式下，時基時鐘的抖動將顯著提高，觸發(fā)抖動也不能忽略。
試驗(yàn)4臺某品牌示波器組成的20GHz帶寬、16通道同步采集系統(tǒng)，經(jīng)過校準(zhǔn)后，在任意兩個通道輸入同相、高信噪比、低抖動的6GHz正弦信號，測量其相位差。多次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差超過9度，相當(dāng)于兩通道之間時序抖動的有效值為4.17ps。在某些應(yīng)用中，采集系統(tǒng)引入此程度的誤差已經(jīng)不能接受。

與多個單臺示波器不同，LabMaster由一個主控模塊和若干采集模塊構(gòu)成，每個采集模塊可提供4個采集通道。如下圖，是1個主控模塊和5個采集模塊配置在一起組成的20通道采集系統(tǒng)。主控模塊通過兩套電纜與各個采集模塊相連。一個是時鐘分配網(wǎng)絡(luò)（圖中的ChannelSync）,一個是數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò)。

圖 8 LabMaster結(jié)構(gòu)圖

LabMaster時基和觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)如圖 9，它具備兩個重要的特點(diǎn)：

1）每個采樣模塊的參考時鐘來源于主控模塊。一個專門的時鐘分布網(wǎng)絡(luò)ChannelSync，直接把10GHz時基時鐘分配到每個采集模塊，整個系統(tǒng)只有一個時基電路。ChannelSync采用了高穩(wěn)相電纜，對信號的保真度高。并且由于時基時鐘頻率高、擺率大，受幅度噪聲的影響小。

圖 9 LabMaster時基和觸發(fā)結(jié)構(gòu)

2）所有模塊的每個通道都由主模塊的觸發(fā)電路控制，即使這個觸發(fā)電路有觸發(fā)抖動，也不影響通道之間的相對時序關(guān)系。

從上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，LabMaster本質(zhì)上就是一個單臺示波器，避免了多臺示波器同步方式的種種弊端。用這套示波器系統(tǒng)按前述同樣的方法來評估，通道之間相位差的標(biāo)準(zhǔn)偏差只有1.1度，相當(dāng)于509fs的時序抖動，同步精度大大優(yōu)于多臺示波器同步方式。
三.結(jié)束語
搭建多臺示波器實(shí)現(xiàn)的多通道采集系統(tǒng)，實(shí)際是一個測試系統(tǒng)的集成，除了需要配置參考時鐘源、時鐘分配網(wǎng)絡(luò)、觸發(fā)信號分配網(wǎng)絡(luò)以外，往往需要一臺計算機(jī)對每個示波器進(jìn)行程控。更復(fù)雜的是，需要一個校準(zhǔn)系統(tǒng)來完成前文提到的靜態(tài)誤差的消除。這個系統(tǒng)的集成過程不僅復(fù)雜，使用也很繁瑣。而LabMaster本質(zhì)就一個單臺儀器，無需額外的系統(tǒng)集成就可以使用，并且自帶校準(zhǔn)源，可以很方便地進(jìn)行校準(zhǔn)。
因此對于需要多通道、高帶寬、高采樣率、高同步精度的應(yīng)用場合，LabMaster無疑是目前業(yè)界唯一的選擇。

參考文獻(xiàn)
[1] ChannelSync White Paper. LeCroy Corporation.
[2] LabMaster 9 Zi-A Oscilloscope Getting Started Manual. LeCroy Corporation.