示波器的RIS模式和Roll模式

一、RIS模式

去年在介紹力科示波器家族時(shí),我常說力科公司可以提供100MHz—100GHz的示波器，現(xiàn)在我介紹時(shí)會(huì)說力科公司可以提供60MHz—100GHz的示波器。我們的產(chǎn)品線在向低帶寬示波器市場(chǎng)延伸，但同時(shí)我們保持了世界上最高帶寬的示波器—100GHz的示波器。 T公司或A公司的示波器最高帶寬才80GHz。 這時(shí)候很多工程師會(huì)瞪大眼睛: 這么高的帶寬？ 怎么采樣？其實(shí)我們知道，100GHz的帶寬的示波器是采樣示波器，采樣示波器的基本采樣原理和我們今天要介紹的RIS模式下的采樣原理類似。（關(guān)于采樣示波器和實(shí)時(shí)示波器的區(qū)別我們另文介紹。）

RIS模式即隨機(jī)內(nèi)插采樣模式(Random Interleaved Sampling Mode)，我們的友商稱之為ET模式。該模式下的基本原理如圖一所示。它只能用于穩(wěn)定觸發(fā)的周期性重復(fù)性的波形。在RIS模式下，通過多次捕獲的波形重組成一個(gè)完整的波形，為此，需要測(cè)量第一個(gè)采樣點(diǎn)和觸發(fā)點(diǎn)的時(shí)間，并以此為依據(jù)按等時(shí)間間隔的延遲產(chǎn)生下次捕獲的下一組采樣點(diǎn)。這樣多次采樣能使得等效的采樣率增加，譬如利用500 MS/s 采樣率的100 次單次采樣，使用RIS，可以達(dá)到50 GS/s 的最大采樣率，則采集得到的數(shù)據(jù)之間的定位間隔大約為20 ps。采集這些數(shù)據(jù)的間隔和滿足時(shí)限的過程是隨機(jī)的。ADC 采樣之間的相對(duì)時(shí)間是變化的，事件觸發(fā)提供了必要的偏差，由時(shí)基以很小的分辨率測(cè)量。示波器要求有多個(gè)觸發(fā)來完成采樣。觸發(fā)的數(shù)量取決于采樣率：采樣率越高，就需要越多的觸發(fā)。示波器將這些數(shù)據(jù)段進(jìn)行內(nèi)插，填充時(shí)間間隔，這些時(shí)間間隔是最大單次采樣率的倍數(shù),從而形成波形。但是，設(shè)備收集波形數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)間隔是非常長(zhǎng)的，并且依賴于觸發(fā)速率和所需要內(nèi)插的總量。示波器具有每秒捕獲大約40,000 個(gè)RIS 數(shù)據(jù)段的能力。

圖一 RIS模式的工作原理

啟動(dòng)RIS模式需要在TimeBase的菜單下選擇RIS按鈕。 在我們第一周發(fā)送的Howard的文章中，這位專家用到了RIS模式來做階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的。但在工程師的實(shí)踐中用到這種模式的場(chǎng)合并不多，畢竟，周期性重復(fù)性的信號(hào)是不多的。關(guān)于RIS模式，其實(shí)看了上面的那張?jiān)韴D就一目了然了，我能說得也不多。但我查找之前的文檔，居然發(fā)現(xiàn)偉大的Peter為這個(gè)RIS模式寫過很長(zhǎng)的文章,請(qǐng)參閱:http://www.lecroy.com.cn/websys/up_img/UploadFiles/2008526155019841.doc。

二、Roll模式

Roll(滾動(dòng))模式主要用于低速信號(hào)。象電源多路輸出的上電時(shí)序測(cè)量，電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)控，光盤驅(qū)動(dòng)的控制等都需要用到滾動(dòng)模式。在該工作模式下，當(dāng)采樣率低于示波器顯示的刷新率時(shí)，我們將采樣到的每一個(gè)采樣點(diǎn)都顯示到屏幕上，這就消除了在實(shí)時(shí)模式下波形刷新之間的死區(qū)時(shí)間。滾動(dòng)模式下的顯示就如皮帶輪的移動(dòng)，隨著采樣的進(jìn)行，采樣點(diǎn)從左邊逐漸移動(dòng)到右邊。有的示波器隨著調(diào)節(jié)時(shí)基增加會(huì)自動(dòng)進(jìn)入滾動(dòng)模式。但有些示波器的滾動(dòng)模式不是自動(dòng)選擇的，每次要激活滾動(dòng)模式時(shí)，必須設(shè)置好采樣率和時(shí)基，從時(shí)基對(duì)話框中手動(dòng)選擇滾動(dòng)模式。

圖二 Roll模式的工作原理

在Roll模式下的采樣率會(huì)降低到最大10MS/s甚至更低。Roll模式下的最大采樣率和示波器的存儲(chǔ)深度有關(guān)，存儲(chǔ)深度越高，最大采樣率越大，但最大采樣率只有10MS/s。 利用滾動(dòng)模式無死區(qū)地觀察長(zhǎng)時(shí)間的波形變化軌跡，這種感覺其實(shí)很好的! 所以，雖然這種模式下的采樣率之低使得看到的波形失真，但很多工程師為能看到這“大概”的過程也是滿足的。有必要提醒的一點(diǎn)是，當(dāng)您購買的示波器有足夠的存儲(chǔ)深度，譬如現(xiàn)在的WaveRunner Xi、WaveRunner MXi系列的標(biāo)配有25MS，能在100MS/s的采樣率下捕獲到250ms的波形。250ms比絕大多數(shù)的電源軟啟動(dòng)時(shí)間都長(zhǎng)得多了，對(duì)有些很大功率的UPS，變頻器產(chǎn)品也足夠了。 重要的是，用單次觸發(fā)方式看電源的軟啟動(dòng)過程，不只是看直流的電壓和電流，還可以不失真地觀察到PWM信號(hào)的細(xì)節(jié)。