決定示波器性能高度的模擬技術(shù)

　　雖然示波器不是對硬件要求最高的儀器，鑒于示波器是眾多工程師最熟悉也是測試儀器細分市場(chǎng)最大的單臺儀器，所以我們采訪(fǎng)了全球能將示波器帶寬做到GHz級別廠(chǎng)商中的幾家代表，從示波器的硬件分析入手，帶大家一起了解示波器的核心設計單元。

　　帶寬，采樣率和存儲深度，是決定一臺示波器市場(chǎng)價(jià)值最直觀(guān)的三大特性，其中帶寬是最明顯能體現示波器的性能的指標，采樣率的數值和帶寬有著(zhù)一定的聯(lián)系，而這兩個(gè)數值則直接關(guān)系到示波器的最終售價(jià)，其數值也基本都是由模擬單元的硬件性能決定的?！　?/p>

        示波器的架構經(jīng)歷了幾十年的沉淀，特別是最近二十年數字示波器的高速發(fā)展，已經(jīng)基本趨于穩定，普源精電(RIGOL)副總裁邢飛介紹，當代數字示波器的基本組成主要包括：模擬前端(負責信號調理)-> 模數轉換器 (調理后信號數字化)-> 數據采集/存儲/信號處理 -> 顯示與人機接口。其中前兩個(gè)部分決定了示波器絕大部分性能指標，也是示波器的核心所在。

 　　帶寬與模擬前端

　　帶寬，是選擇示波器時(shí)最基本的參數，從2004年的30GHz問(wèn)世，到45GHz的出現，這期間等待了5年，而到60GHz示波器的出現只有短短的3年，而最近的12個(gè)月里，示波器三強紛紛更新了自己的最頂級配置示波器，一切仿佛對2002-2004年示波器性能軍備競賽的翻拍。

　　就在今年4月，力科從2004年開(kāi)始擁有了多年的數字示波器帶寬性能之最的皇冠被安捷倫占據，安捷倫的Infiniium 90000Q最高帶寬做到了63GHz，超過(guò)了力科LabMaster10Zi的60GHz。當兩家主要競爭對手都推出60GHz級別的示波器之后，下一步，我們期待泰克科技如何應對。

　　決定帶寬的關(guān)鍵是示波器的模擬前端，包括衰減器, 放大器和相關(guān)電路，是被測信號進(jìn)入示波器的大門(mén)，示波器的測試信號帶寬很多情況下都是由模擬前端的帶寬決定的，也就是直接影響了示波器的本底噪聲和量程。模擬前端的設計工作在示波器的硬件設計工作當中，實(shí)際上占據了一半以上的工作量，并且在很大程度上最終決定了示波器的硬件性能。

　　對于模擬前端來(lái)說(shuō)，其影響示波器的主要性能指標包括：

　　● 模擬帶寬，包括對被測信號幅頻響應特性，在時(shí)域上表現為上升時(shí)間指標和過(guò)沖性能指標;

　　● 輸入信號幅度動(dòng)態(tài)范圍(非數字處理的最小垂直靈敏度到最大垂直靈敏度的范圍);

　　● 直流增益精度和偏移精度兩個(gè)指標的初始誤差特性和溫度漂移特性;

　　● 輸入阻抗特性(電阻并聯(lián)寄生電容)影響在帶探頭或不帶探頭情況下對被測電路的影響。

　　如果給示波器的模擬前端設計在整個(gè)的硬件設計中的重要地位做一個(gè)形象的比喻，模擬前端的作用類(lèi)似于照相機的鏡頭。很多攝影發(fā)燒友在使用單反相機，一個(gè)很重要的原因是單反相機的鏡頭有更好的光學(xué)特性。類(lèi)似的道理，模擬前端對輸入信號進(jìn)行衰減放大和信號調理，系統噪聲也會(huì )被放大。如果示波器的模擬前端設計差，系統噪聲大，希望測試的微小信號將無(wú)法捕獲;如果在頻域觀(guān)測，這些噪聲將使信噪比下降，底噪升高。如果信號通路間的隔離度不夠，其他通道的信號將對被測信號造成較大的干擾。同時(shí)，模擬前端的線(xiàn)性度和抗飽和能力也十分重要。