高性能示波器應對光通信測試分析

　　由于示波器是設計方面(尤其是信號完整性方面)至關(guān)重要的工具，設計人員應熟悉示波器的指標及它們影響測量的方式。讓我們觀(guān)察一下最重要的三大因素：上升時(shí)間、采樣率和帶寬，從而對它們進(jìn)行更深入的了解。

　　上升時(shí)間：示波器的上升時(shí)間越快，測量到的上升時(shí)間就越準確。但是，當示波器的帶寬或上升時(shí)間和信號的上升時(shí)間彼此更接近時(shí)，會(huì )怎樣呢?有人曾用經(jīng)驗法則(如：0.35/上升時(shí)間)來(lái)計算所需的示波器帶寬，但這種經(jīng)驗法則只適用于某些示波器的前端設計，并且通常不適用于當今為高速串行數據速率和伴隨的快速上升時(shí)間而優(yōu)化的前端設計。

　　應當注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺示波器可以具有完全不同的上升時(shí)間、幅度和相位響應。所以，僅了解示波器的帶寬無(wú)法可靠地揭示出其測量性能。此外，通過(guò)計算確定的上升時(shí)間可能也不準確。了解示波器上升和下降時(shí)間響應的最可靠方法是，使用一個(gè)比被測示波器信號快得多的理想的階躍信號對其進(jìn)行測量。

　　在使用DPO/DSA73304D的情況下，使用這種方法確定出9ps的上升時(shí)間。但是，信號速度可以被測量的意思是什么呢?根據正確的經(jīng)驗法則，信號上升時(shí)間與示波器上升時(shí)間的比值為2x或>18ps。事實(shí)證明，對于當今最快的FPGA設計中使用的28Gb/s的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時(shí)間。

　　采樣率：因為更快的采樣率將帶來(lái)更多的波形細節，所以這一因素非常重要。另一方面，對最快的信號而言，采樣率不足可能導致欠采樣。DPO/DSA73304D提供了一流的采樣率性能。利用交錯技術(shù)提供的采樣率性能可將雜散高頻的影響降至最低，該技術(shù)采用的是8路采樣/保持方法。參見(jiàn)圖4中的數據，可得出成功和失敗執行的交錯技術(shù)的差異。

　　奈奎斯特定理(Nyquist theorem)指出，采樣系統應以輸入信號最高頻率的2倍以上進(jìn)行采樣。雖然這是最低的起點(diǎn)，但是在任何情況下，采樣率越高，結果越準確。通過(guò)使用2.5倍于輸入頻率的較高采樣率或更高的采樣率，可以提供更多的感興趣信號上的采樣點(diǎn)，且能避免混疊。對于極高速信號的表征而言，這將特別重要。

　　圖5顯示了較高的采樣率值。黃 色跟蹤線(xiàn)(C1)在50GS/s上，而白色跟蹤線(xiàn)(R1)在100GS/s上。過(guò)采樣的原因包括：為確保信號中已知和未知的高頻部分被捕獲，且沒(méi)有混疊;為實(shí)現卓越的定時(shí)分辨率(特別是快速瞬態(tài)信號或邊緣上的定時(shí)分辨率);作為一種減少測量中噪聲的手段，采樣過(guò)密會(huì )減少示波器模數轉換時(shí)附帶產(chǎn)生的量化噪聲。

　　帶寬：示波器必須有足夠的帶寬來(lái)捕捉高頻部分，以便準確地顯示信號的轉換。但是，當銷(xiāo)售商為帶寬需求進(jìn)行善意提示，推薦5次諧波時(shí)，事情在不斷發(fā)生變化。邊沿速率(上升/下降時(shí)間)的變化并沒(méi)有與數據速率的變化同步。這意味著(zhù)，所需的最大帶寬受上升時(shí)間的影響更大。例如，目前第三代規格的上升時(shí)間在30ps的范圍內。隨著(zhù)速率的不斷提高，這似乎并沒(méi)有很大變化，這表明，相對于數據速率的信號諧波含量正在下降。

　　設定垂直量程：除帶寬、采樣率和上升時(shí)間外，對高性能示波器來(lái)說(shuō)，觀(guān)察當前高頻信令中常見(jiàn)的低壓信令非常重要。在這一領(lǐng)域中，DPO/DSA70000D系列提供了無(wú)可比擬的靈活設定垂直量程的能力，是唯一提供可變端接電壓(Vterm)的高性能示波器。在傳統上，示波器輸入一直是接地的，而被測信號通常沒(méi)有參考地電平。多種現代應用(包括DC耦合信號應用)現在要求具有正或負的端接電壓才能運行和檢測。把這些高速信號引到大地至少會(huì )損害測量結果，要求專(zhuān)用夾具電平移位和/或衰減信號，則可能會(huì )損壞被測器件(DUT)。

　　過(guò)去，調節測量系統的端接電壓需要采用專(zhuān)用探頭或定制衰減器網(wǎng)絡(luò )，這引入了額外的測量噪聲，需要額外的成本。DPO/DSA70000D系列為DUT提供了高達±3.4V的可變Vterm，并在前端MCM采用了分路電路設計，支持較大的偏置范圍。

　　用戶(hù)可以調節示波器、鏡像DUT的條件和特點(diǎn)，在其最終運行的類(lèi)似環(huán)境中測量高速信號，而沒(méi)有引入衰減或可能使信號失真的定制電路。

　　隨著(zhù)現代高速信號的電壓范圍下降，工程師還需要具有廣闊靈活的測量視角。DPO/DSA70000D系列與Vterm功能相結合，提供了±3.4V的擴展偏置范圍。這不僅是一種放大功能，還可以在全部動(dòng)態(tài)范圍查看和測量可變電壓。通過(guò)結合使用Vterm和偏置，把示波器的參考點(diǎn)中心放在DUT工作范圍的參考點(diǎn)上，可以使可用的動(dòng)態(tài)范圍達到最大，并使測量系統的噪聲達到最小。

　　精確性和強大的捕獲能力

　　高性能技術(shù)應用正在推動(dòng)現代測試設備的發(fā)展。硅檢定、串行數據一致性測試、光學(xué)調制分析、雙倍數據速率(DDR)存儲器和寬帶RF檢驗等任務(wù)，不僅要求具有杰出的帶寬、采樣率和信號保真度，還要求具有巨大的靈活性，來(lái)調節示波器的測量條件和視角。

　　泰克DPO/DSA70000D系列示波器在實(shí)時(shí)示波器中同時(shí)實(shí)現了行業(yè)領(lǐng)先的信號完整性和定時(shí)精度，使用戶(hù)能夠更準確的、以更高的信心來(lái)完成設計，設計人員能夠：利用業(yè)界最精準的采集系統，發(fā)現感興趣的重要信號。此類(lèi)采集系統的特征是采用了在示波器和探頭中使用的可靠鍺化硅技術(shù);使用市場(chǎng)上最廣泛的觸發(fā)系統，捕獲高速信號評估所需的精確的信號事件;利用高采樣率搜尋記錄，以確定關(guān)鍵事件/誤差，用于系統驗證;評估要求正或負端接電壓的DC耦合信號，而不會(huì )把信號牽引到地或損壞被測器件;利用30GHz以上的示波器中最高的信噪比，快速分析關(guān)鍵測量結果。它能夠提供高靈敏度、低噪聲的測量結果，從而為進(jìn)行精確的高速光學(xué)、能量和串行數據測量定性分析提供依據。

　　尖端軟件與DPO/DSA70000系列平臺上的用戶(hù)界面工具相結合，為復雜測量方案(包括調試/分析)提供了最短的快速響應時(shí)間。DPO/DSA73304D通過(guò)與高帶寬、高采樣率和快速上升時(shí)間相結合，可以為現今最高的信號完整性測量需求而進(jìn)行特別的量身定做。