精確測(cè)量微小信號(hào)

圖 1：R&S®RTO 示波器甚至在垂直方向靈敏度達(dá) 1 mV/div 情況下也可提 供全帶寬測(cè)量。

1您的任務(wù)

移動(dòng)設(shè)備在變得越來(lái)越小的同時(shí)功能卻越來(lái)越多，客戶還期望電池使用時(shí)間能更長(zhǎng)一點(diǎn)。降低耗電量是此類(lèi)裝置設(shè)計(jì)中面臨的最大考驗(yàn)。盡量保持低壓供電，以便在高速數(shù)據(jù)傳輸情況下將耗電量降至最小。因此設(shè)計(jì)中大量采用了低擺幅信號(hào)與低壓差分信號(hào) (LVDS) 。低擺幅度信號(hào)在模擬和混合電路中也很普遍，與前面所述原因相同，如 D/A 轉(zhuǎn)換器和放大器中也使用了低電壓信號(hào)。傳統(tǒng)示波器在高垂直靈敏度下，不能提供全帶寬測(cè)試此類(lèi)信號(hào)，這樣會(huì)使高精度測(cè)量非常難或者不可能完成– R&S®RTO現(xiàn)在可以幫助解決這一問(wèn)題（見(jiàn)圖 1）。

2 測(cè)量測(cè)試解決方案

用于測(cè)量高頻信號(hào)的有源探頭通常采用 10:1的分壓，這會(huì)將原來(lái)的小信號(hào)的幅度壓低到原來(lái)幅度的1/10。當(dāng)測(cè)量電壓擺幅為 350 mV 的 LVDS 信號(hào)時(shí)，示波器只輸入了35 mV 的電壓擺幅。示波器的垂直刻度應(yīng)設(shè)定為 40 mV/div或4 mV/div 以便優(yōu)化信號(hào)顯示（見(jiàn)圖 2）。R&S®RTO示波器具備高性能的模擬前端放大器，可將靈敏度調(diào)至 1mV/div，充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的全部動(dòng)態(tài)范圍。其他示波器使用軟件放大，僅僅放大了信號(hào)在屏幕上的顯示比例， 但實(shí)際僅僅利用了 A/D 轉(zhuǎn)換器的一小部分，測(cè)量誤差巨大。另外，由于R&S®RTO 示波器的本底噪音很低，也就無(wú)需通過(guò)采用限制輸入信號(hào)帶寬的辦法進(jìn)一步降低噪聲， 在最高的靈敏度設(shè)置下可以做到全帶寬精確測(cè)量。

圖 2：此圖顯示一個(gè) 500 Mbit/s LVDS 全帶寬信號(hào)（黃色）以及采用有源 探頭探測(cè)到的 500 MHz 和 250 MHz 的過(guò)濾信號(hào)（白色為其蹤跡）。垂直 分辨率為 40 mV/div （基準(zhǔn)單位：4 mV/div ， 源于探頭 10:1 的衰減 率）。

3 基于單核 A/D 轉(zhuǎn)換器的高動(dòng)態(tài)范圍

真正衡量信號(hào)數(shù)字量化精度的指標(biāo)是 A/D 轉(zhuǎn)換器的有效位數(shù) (ENOB)。尤其是信號(hào)幅度小速度快的數(shù)據(jù)總線對(duì)動(dòng) 態(tài)范圍有著更嚴(yán)格的要求。高帶寬數(shù)字示波器常采用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器通常由多路慢速、交織工作 的轉(zhuǎn)換器和復(fù)用器組成。然而，由于各個(gè)轉(zhuǎn)換器性能并不統(tǒng)一，集成的轉(zhuǎn)換器越多，發(fā)生誤差的概率越高。 R&S®RTO 示波器不受這些限制。R&S®RTO 采用了單 核結(jié)構(gòu)的 10 Gsample/s 轉(zhuǎn)換器，由一個(gè)單核的轉(zhuǎn)換器將 采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 8 位數(shù)字信號(hào)。單核結(jié)構(gòu)減小 信號(hào)失真并可獲得高于 7 位的有效位（見(jiàn)圖 3）。信號(hào) 的測(cè)量精度也取決于與信號(hào)頻率相關(guān)的示波器帶寬和前端的內(nèi)部底噪聲。

圖 3：R&S®RTO 示波器采用 A/D 轉(zhuǎn)換器高度一致的 ENOB，確保精確顯示和最大動(dòng)態(tài)范圍。

這就是為什么在 R&S®RTO示波器開(kāi)發(fā)中采用最嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求的原因。努力終有回報(bào)：在同類(lèi)儀器中，哪怕把靈敏度調(diào)到最高，我們的 R&S®RTO 示波器內(nèi)部噪聲都是最低的，可以提供最準(zhǔn)確穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果（參見(jiàn)圖 4）

圖 4：內(nèi)部底噪聲低，垂直輸入靈敏度甚至可達(dá) 1 mV/div。