安捷倫S系列示波器硬件設(shè)計(jì)解剖
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圖7-1 低噪聲模擬前端部件（側(cè)面）
圖7-2
以業(yè)界常見(jiàn)的4GHz帶寬示波器為例，低噪聲對(duì)比如下圖8所示。
圖8
3. 校驗(yàn)濾波處理
個(gè)人認(rèn)為圖1中S系列示波器捕獲板圈起來(lái)的“新的校驗(yàn)濾波處理FPGA”的位置是錯(cuò)的（這個(gè)圖是來(lái)自美國(guó)研發(fā)部門(mén)），這個(gè)FPGA應(yīng)該與以前示波器一樣， 在ADC后面，執(zhí)行內(nèi)存管理，校驗(yàn)濾波處理，顯示刷新加速處理等功能?，F(xiàn)在多了一個(gè)FPGA，應(yīng)該未來(lái)有更廣泛的用途，比如：執(zhí)行FFT運(yùn)算，抖動(dòng)測(cè)量運(yùn) 算，函數(shù)運(yùn)算，DDC運(yùn)算等（只是猜想）。不論如何，S系列示波器更注重使用硬件FPGA進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算。
按照技術(shù)手冊(cè)上給的說(shuō)明，現(xiàn)在這些數(shù)字信號(hào)處理功能包括：硬件加速顯示處理（在深內(nèi)存時(shí)，加快縮放時(shí)波形更新的速度）；頻響校驗(yàn)濾波處理；示波器內(nèi)部可控 的帶寬限制濾波器（從500MHz帶寬到示波器帶寬）；支持1-3通道和2-4通道的差分處理；執(zhí)行去嵌入處理（包括：InfiniiSim,精密探頭， 均衡）。
頻響校驗(yàn)濾波是非常重要的，下面做個(gè)簡(jiǎn)要說(shuō)明。圖9-1中是正常的硬件的頻響，包括幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)，硬件設(shè)計(jì)沒(méi)法做到理想化。直接使用存硬件對(duì)信號(hào)的影響可由右邊圖看出來(lái)，會(huì)導(dǎo)致波形的失真（相位響應(yīng)更易產(chǎn)生這樣的結(jié)果）。
圖9-1
通過(guò)執(zhí)行校驗(yàn)濾波器，使得幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)達(dá)到比較理想化的狀態(tài)，相應(yīng)波形失真較小，比較好的顯示出了原始波形（如9-2的右邊圖所示）。
圖9-2
S系列示波器各種型號(hào)校驗(yàn)后的頻響如圖10所示，都達(dá)到了比較好的平坦響應(yīng)的狀態(tài)。
圖10
4. 精密時(shí)基
S系列示波器使用了新一代的時(shí)基（恒溫晶體振蕩器OCXO），校準(zhǔn)后，這個(gè)晶體振蕩器的精度可達(dá)+-100ppb（parts per billion,不是million),使得深內(nèi)存時(shí)的高精度測(cè)量得到保證，抖動(dòng)測(cè)量本底的儀器注入抖動(dòng)達(dá)到100fs
圖11
圖12是業(yè)界同類儀器的時(shí)間精度對(duì)比表，可見(jiàn)S系列示波器的時(shí)基精度達(dá)到了新的數(shù)量級(jí)，而且是標(biāo)配的指標(biāo)。
圖12
在這么高的時(shí)基精度下，圖13給出了測(cè)量不同正弦波的抖動(dòng)測(cè)量本底（抖動(dòng)測(cè)量本底與噪聲、信號(hào)斜率和采樣子系統(tǒng)即儀器注入抖動(dòng)相關(guān)，為：sqrt((噪聲 /斜率）^2+采樣子系統(tǒng)抖動(dòng)^2)。圖中輸入正弦波的幅度是725mv，儀表設(shè)置為120mv/div，時(shí)基范圍設(shè)置為10us。
圖13
在軟件界面和應(yīng)用這一塊，S系列示波器繼承了Z系列示波器（或離線軟件）的操作軟件人機(jī)接口界面，和以前的從物理層到協(xié)議層的超過(guò)30個(gè)應(yīng)用選件，在此不作一一介紹了。
S系列示波器作為新一代示波器的技術(shù)突破點(diǎn)主要是：1）使用10位ADC；2）2倍好的信號(hào)完整性：足夠低的噪聲本底，更高的有效位ENOB和SFDR， 更低的儀器注入抖動(dòng)到100fs；3）垂直靈敏度范圍低達(dá)2mv/div；4）標(biāo)配50Mpts/100Mbps存儲(chǔ)深度，最高400Mpts /800Mpts存儲(chǔ)深度；5）2級(jí)硬件觸發(fā)+infiniiScan觸發(fā)；6）標(biāo)配可拆卸SSD，電容觸摸屏，降噪濾波器。
評(píng)論