【泰克應用分享】如何實現MSO示波器更多通道的測試

本文以泰克4，5和6系列MSO為例，說明了多示波器同步的程序和原理。4，5和6系列MSO支持任意型號示波器之間的同步，從而實現更多通道的同步采集系統。

通道數量為何要求超過4個？

4系列B MSO示波器是同系列產品中首個推出6通道的型號，可滿足用戶多種測試應用場景?？蓱糜趶碗s粒子物理實驗的捕獲、多個電源軌的測量、三相電源轉換器的分析等場景。測量可以包括串行總線中出現的電源串擾、分析射頻干擾、同步觀測輸入/輸出信號的傳輸等等。

人們也會通過同步多臺示波器能夠測量更多通道。在多通道應用或測量場景中，為了精確分析整個被測系統的時序關系，保持通道間的精確同步非常重要。

多示波器測量的考慮因素

軟件

對于多示波器測量系統，軟件可以發揮關鍵的作用。從最基本的層面來說，軟件需要整合多臺儀器的數據，并由軟件進行儀器的觸發和采集設置。軟件還可提供組合波形的顯示和分析功能。

另外，軟件可以幫助完成相差校正。雖然用戶可以通過編寫自定義軟件來完成這些任務，但比起繁瑣的程序開發過程，TekScope PC分析軟件直接提供這些功能，可以更加快捷高效地完成復雜的設置，讓用戶更專注于測試本身。在本應用指南中，TekScope PC軟件將用于多示波器控制和采集，后面的章節介紹了該軟件的使用方法。

系統配置

考慮測試系統的同步方法時，理解各種同步策略以及通道間容許的時序誤差量非常重要。不同的線纜連接、觸發和延遲補償方法會對時序誤差產生重大影響。示波器內外部（即線纜和探頭）的通道延遲差異會導致通道之間的時序誤差或“相差”。在決定同步策略時，首先需要回答幾個關鍵問題。測試系統輸入通道間可以容許多大相差？是所有的輸入通道都需要滿足嚴格的相差容許，還是只有部分通道需要？比如機電或人機應用的測量，零點幾毫秒是可以容許的。然而，高速電子系統的測量就需要更高的同步性。

時序誤差的來源

為了更好地理解時序誤差的來源，可將其分為四種類型：

1.      觸發抖動

觸發抖動是時序誤差的逐次采集變化。將示波器設置為無限余暉并觀測一個與觸發同步的信號時，可以看到這一現象。如圖1a與圖1c的差異所示。使用外部觸發源或用探頭的4、5、6系列MSO輸入通道，抖動將小于10 ps。若采用輔助觸發輸入，會增加超過200 ps的抖動。

2.     示波器通道間的相差

4、5和6系列MSO規格書載明，使用探頭時，模擬通道間的延遲將小于100 ps。

3.     各示波器外部觸發器或探頭的電纜傳播延遲產生的相差

使用外部觸發器和功分器時，電纜長度的任何差異都會導致約70 ps/cm的相差。如果每臺示波器上使用相同的模擬探頭作為觸發源，相差應小于100 ps。如圖1b所示。                                              

圖 2：不同的觸發設置導致不同的相差或延遲。左側的設置將同一個觸發信號使用相位匹配電纜饋送至兩臺儀器的觸發通道。右側的設置顯示了“菊花鏈”的影響，其中一臺示波器的輔助輸出饋送至下一臺示波器的輔助觸發輸入通道，導致明顯的延遲。

4.     觸發事件與輔助觸發輸出信號之間的相差。

當被觸發示波器的輔助輸出端口指定為觸發輸出信號時，存在1 μs 的固有相差。如不加以校正，對于大多數應用場景來說，該相差量可能過大。如果記錄長度足夠長，則可使用預觸發延遲進行校正。如圖2右側所示。

使用外部源的低相差同步方法

最精確的同步技術是使用單個觸發源，通過功分器（BNC或 SMA）將觸發信號分離，將同一信號饋送到多臺示波器，如圖3所示。連接分離器和所有儀器的應該為相同長度的同類電纜（最好是相位匹配電纜），這樣可以減小由于不同傳播延遲導致的相差。

圖3：輔助觸發輸入和時基參考均由分離器和匹配的50Ω電纜饋送。此設置在不犧牲每臺示波器通道的情況下提供了最佳相差結果。使用輸入通道代替輔助觸發輸入將減少測量通道的數量，觸發抖動會減少約200 ps。

關于功分器

為了維持觸發信號的完整性，我們采用高質量的功分器。該分離器充當平衡分壓器，將50Ω觸發源連接到50Ω電纜，再連接到示波器的50Ω輸入。功分器（如圖4所示）將電壓分配到四條支路上，從而5V峰值觸發器能為每條支路提供1.25 V的電壓。請注意功分器的規格和觸發信號要求。驅動4，5，6系列MSO的輔助觸發輸入的信號電平最好大于500 mV。提供的觸發信號越大，示波器的觸發系統響應越好，越穩定，相差結果就越好。 

圖4：一個 SMA 功率分離器，連接到四根匹配的電纜和一個觸發源

圖3和圖4所示是泰克推薦的同步配件：SMA高帶寬4路功率分離器（泰克部件編號：174-6214-00）和4根匹配的SMA電纜（泰克部件編號：174-6212-00）。所示電纜在ps內匹配，以控制相差。

同步參考時鐘

通過高保真10 MHz參考時鐘鎖定示波器的采樣器也是非常重要的。這樣可以消除時基之間的長期漂移效應，最大限度地減少了在跨度較大（>2ms）的通道間測量中的差量時間精度誤差。

同步參考時鐘有兩種方法：

1.      最好的方法是使用高穩定性的外部時鐘，并使用一個功分器來饋送每個參考時鐘輸入。這與用于分離觸發信號的方法類似，如圖3和圖4所示。

2.     另一種方法是使用一臺示波器的內部參考時鐘，并將其饋送到下一臺示波器，如圖5所示。而該示波器的輔助輸出可為串聯的下一臺示波器的參考輸入進行饋送，依此類推。這種方法適用于內部參考時基精度滿足要求的情況。

無論哪種情況，對于接收10 MHz參考時鐘的儀器，參考時鐘源均應設置為外部。雙擊4,5,6系列MSO上的“Acquisition”（采集）標志，可找到該設置，如圖6左側所示。一旦發射和接收示波器配置并同步，時基參考源應顯示綠色“Locked”（已鎖定）指示。在輸出參考時鐘的儀器上，必須進入“Utility”（實用程序）菜單à，“Aux Out”（輔助輸出）選擇參考時鐘，將參考時鐘指定為輔助輸出 ，如圖6右側所示。

圖 5：使用來自一臺波器的時基參考來饋送其他示波器。

圖6：4，5和6系列MSO菜單，用于設置參考時鐘并鎖定時基參考。左側是接收示波器上參考時鐘設置。右側是發射示波器上的輸出參考時鐘的設置。

使用TekScope PC–多示波器客戶端和相差校正工具

圖7：TekScope PC支持將4臺示波器連接到一臺電腦，并可在單個顯示器上顯示來自任何活動通道的信號。

TekScope? PC分析軟件是泰克提供的一款應用程序，非常適合多示波器配置。該軟件的操作方式與4/5/6系列MSO用戶界面相同，但在Windows電腦上遠程運行。使用TekScope可以連接多臺示波器，并在單個界面上顯示所有波形，就和在單臺示波器上運行一樣。該軟件還能將所有連接示波器的全部數據保存在一個文件里。

配置 TekScope PC 用于多示波器應用

連接4， 5 或 6 系列 MSO 示波器非常簡單。單擊“Add New Scope”（添加示波器）標志，將添加一臺新示波器。 雙擊示波器標志，輸入IP地址，然后連接，如圖 8所示。

圖 8：在 TekScope PC 中使用“Add New Scope”（添加示波器）標志，添加額外的示波器連接。

圖 9：連接示波器以后，將顯示或隱藏其他通道。

使用 TekScope 對多示波器系統進行相差校正

相差校正過程包括測量及消除不同示波器通道之間的相差。

圖10：觸發信號被分離并接入輔助輸入端口，校準信號被分離并接入到每臺示波器上的通道1。

需要將非觸發信號的時鐘信號接入到兩個待校正相差的通道上，如圖10所示。該信號應具有快速上升時間（例如50 ps）。使用 TekScope PC一次連接兩臺示波器。選擇一個通道作為參考，如圖11所示。

圖 11：相同的信號接入到待校正相差的兩個通道。

下一步是疊加顯示兩個通道，如圖12所示。然后，放大信號的前緣，這樣就可以使用光標來測量差量時間，如圖13所示。

圖 12：待校正相差的信號被放大并以疊加模式顯示。

圖 13：測量不同示波器上兩個通道之間的差量時間。

現在需要消除通道間存在的相差。雙擊該通道的垂直菜單。在“Deskew”（相差校正）設置中輸入測得的差量時間。如圖14所示。所有通道都必須重復以上操作。

圖 14：在通道垂直徽章標志的“Deskew”（相差校正）設置中輸入測得的差量時間，可校正兩通道間的相差。

總結

本技術簡介介紹了使用4，5和6系列MSO示波器和TekScope PC分析軟件同步多示波器測量系統的方法。 4，5和6系列MSO支持任意型號示波器之間的同步，從而實現更多通道的同步采集系統。