你選擇了最合適的示波器么?

接下來(lái)我們就來(lái)看看的Acquisition界面。

這個(gè)界面所展現出來(lái)的一個(gè)很重要的優(yōu)勢在于，這臺示波器對每個(gè)通道可以同時(shí)顯示當前通道在三種測量模式（普通模式，峰值檢測，高分辨率）下的波形，同時(shí)每個(gè)波形還允許套用一個(gè)自選的波形算法（比如對于峰值檢測模式，就可以套用一下包絡(luò )檢測或者幅度解調，直接將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的峰值包絡(luò )抽取出來(lái)）。再強調一下，以上計算和顯示都是同時(shí)的，是對同一信號采取不同波形算法計算顯示的波形，便于更好的理解區分不同波形算法的含義。結合前面高自由度的波形顯示界面，這些結果都能夠同時(shí)顯示在屏幕上，主次分明，一覽無(wú)余。使用者再也沒(méi)有必要到處尋找復雜的菜單在各種抽取算法或者波形算法中設置相應算法。

2 硬件

好的軟件界面需要靠好的硬件支撐，比如上面同時(shí)顯示一個(gè)通道的三種采樣模式外加三種波形算法的示例，如果沒(méi)有強大的算法硬件加速能力，而是交給CPU軟件計算實(shí)現的話(huà)，處理速度非常慢，基本是無(wú)法實(shí)現的。

當然，硬件的強大更多體現在一些指標性的東西上，比如噪聲幅度等。然而，就像筆者前面說(shuō)的，本文的主旨是從易用性角度分析這臺示波器，所以與易用性無(wú)關(guān)的硬件改良我就先不涉及了。

2.1 全帶寬下輸入靈敏度仍然可以達到1 mV/div

有人可能會(huì )覺(jué)得，一上來(lái)就提了個(gè)似乎和易用性關(guān)系不大的硬件參數。然而，正是這個(gè)指標的提升，使得很多小信號的測量變得十分簡(jiǎn)單。

以前，將示波器調整到較高的靈敏度時(shí)，往往會(huì )暴露幾個(gè)通?。河械氖羌償底址糯?，不提升信噪比；有的會(huì )自動(dòng)限制帶寬，高頻信號一下子就消失了；有的則顯現出了糟糕的基線(xiàn)漂移。

輸入靈敏度能提高，就需要有高增益的模擬信號放大器，而放大器增益變高，其帶寬就很容易受限制；除此之外小信號測量時(shí)的噪聲水平也是個(gè)關(guān)鍵。這些限制正是產(chǎn)生上面這些通病的原因。而羅德施瓦茨的這臺RTO則真正把這些限制都突破了，實(shí)現了全帶寬下1 mV/div的輸入靈敏度。所以現在，測量小信號時(shí)，幾乎不需要考慮任何的優(yōu)化，直接將輸入靈敏度調到最高即可。筆者認為這正是對易用性的極大提升。

2.2 基于數字下變頻的快速傅立葉變換

各位可能有過(guò)這樣的經(jīng)歷：打開(kāi)示波器的頻譜分析功能，為了提高頻譜的分辨率（Resolution Bandwidth, RBW）而在不減小采樣率的情況下盡可能延長(cháng)采樣時(shí)間，直至內存占滿(mǎn)，然后開(kāi)始漫長(cháng)的等待，過(guò)了十幾秒鐘終于看到頻譜刷新了一幀。頻譜分析處理速度之慢，不能實(shí)現快速測試分析。

通過(guò)基于硬件加速的數字下變頻功能，RTO將內部頻譜分析采用DDC和overlap FFT先進(jìn)技術(shù)，快速準確分析信號細節。數字下變頻的加入以及相應的性能提升確實(shí)讓該示波器的頻譜分析功能變得十分實(shí)用。更值得一提的是，由于這一切都是基于實(shí)時(shí)的信號采集，信號的瞬態(tài)時(shí)域信息都被采集下來(lái)了，所以這并非一臺示波器和一臺頻譜儀的簡(jiǎn)單結合，而是一臺能夠在時(shí)域和頻域進(jìn)行協(xié)同混合分析的設備，與泰克的混合信號示波器側重點(diǎn)不同，但卻有著(zhù)異曲同工之妙。

下圖是一張頻譜分析功能的演示，采樣率是10 GSa/s，對應的Nyquist頻率范圍就是DC - 5 GHz （不過(guò)，當前這臺示波器的標稱(chēng)帶寬是2 GHz，RTO系列最大能到4 GHz），設定的RBW最小可以達到300 KHz（這個(gè)數值是很多真正的頻譜儀的默認值，在當前這個(gè)頻率范圍下已經(jīng)相當實(shí)用）。上述這些設置，在傳統的示波器上，，刷新速率是相當慢。但是在RTO上，卻能夠做到準實(shí)時(shí)刷新，配合小信號模式下較低的Noise Floor （RBW = 300 KHz時(shí)，Noise Floor在-95 dBm左右），甚至可以在一定程度上代替實(shí)時(shí)頻譜儀。

2.3 10 GSa/s的單核ADC帶來(lái)的純凈頻譜

大家都知道，高速ADC的一種常見(jiàn)結構是將多個(gè)模擬帶寬較高，但是采樣率較低的 Time interleaved ADC 連接在一起，彼此錯開(kāi)一點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行采樣，實(shí)現較高的采樣率（比如250 MSa/s的ADC，320個(gè)放在一起，每個(gè)錯開(kāi)12.5 ps采集，就實(shí)現了一個(gè)80 GSa/s的采樣頭）。這種做法有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)：由于這些ADC本身的不一致性，采樣結果本身在交界處容易出現偏差，而這一偏差會(huì )以 250 MHz × N 為周期重復，在頻譜上就表現為，從直流開(kāi)始，每隔250 MHz，就會(huì )有一個(gè)諧波出現，直到40 GHz的Nyquist頻率。于是在小信號測量時(shí)，頻譜變得就像是梳狀譜，信號很容易被同頻的干擾掩蓋。事實(shí)上，這給調試工作帶來(lái)了極**煩，很多時(shí)候為了區分一個(gè)頻率點(diǎn)是來(lái)源于干擾還是示波器本身，就比較難以分辨。

為了避免這一問(wèn)題，羅德施瓦茨使用了單個(gè)采樣率達到10 GSa/s的單核ADC來(lái)采集信號。底噪做的更低，雜散波分量較小。

如下圖為測試單音10M的信號，示波器開(kāi)在1 mV/div檔上，頻譜分析功能的參數和上面一樣

除此之外，還有其他的一些硬件功能上的改良，比如百萬(wàn)波形捕獲率的實(shí)現，或者是數字觸發(fā)系統的引入，觸發(fā)抖動(dòng)最小可以到50ps。這些功能有的并非獨有，有的官方已經(jīng)重點(diǎn)宣傳，在這里就不予展開(kāi)了。

3 結語(yǔ)

本文分別從軟件和硬件方面分別作了分析，介紹RTO示波器在使用操作上的便捷性?？傮w來(lái)說(shuō)，羅德施瓦茨的RTO系列示波器延續了德國人一貫的扎實(shí)作風(fēng)，并從軟件和硬件兩方面顯著(zhù)提升了示波器作為調試設備時(shí)的易用性，不失為讓人激動(dòng)的佳作。

對于該款示波器與競品的分析，以及如何降低示波器的購買(mǎi)預算，筆者近期即將發(fā)表另一篇相關(guān)文章，敬請關(guān)注。