高带宽实时数字示波器带宽实现原理及市场应用分析

　　摘要：随着消费、通信、存储、高性能计算、视频等领域对速度及带宽密集型应用要求的不断提升，信号的速率也在迅速地提高。这对数字实时示波器等测试设备的性能提出了更加苛刻的要求。带宽的高低直接决定了能够测量到多高速率的信号以及测量到的信号的真实性程度。本文就将对高带宽示波器的应用、示波器高带宽的实现方法及瓶颈以及美国力科公司最新发布的的LabMaster 10Zi做一简要介绍。

　　需要多高的示波器带宽

　　根据傅里叶变换原理，任意一个信号均可以分解为多个正弦波，其中偶次倍频信号能量为零，奇次谐波的功率谱能量随着谐波次数的增加而逐渐下降。

　　如图1所示为一高速信号的功率谱密度示意图。其中纵轴表示信号的功率，水平轴表示比特率(1/2为一次谐波位置，3/2为3次谐波位置等等)。图中的0，10，20，……100对应的曲线，表示信号的速率一定，但是信号的上升时间分别占信号位宽(Unit Interval)的不同比例时(0%，10%，20%，……100%)的功率谱密度趋势图。可见信号的边沿越陡上升时间越小，信号的能量下降得就越慢，此时就需要使用更高带宽的示波器来测量信号的更高次谐波，才能够保证信号的真实性，图中红色虚线即表示信号上升沿很陡时候的功率谱曲线，而蓝色虚线表示信号上升沿时间约为信号位宽100%时的功率谱曲线。而对于标准的高速串行信号来说，信号的上升时间一般为信号位宽的30%，其主要能量集中在5次谐波以内。通常来说选择示波器带宽一般有如下两个经验：一是对于非标准信号，如时钟信号，一定要看其上升时间的长短，根据F=0.35/Tr来估算信号的能量分布范围，然后选择3~5倍于该值的示波器带宽来测量信号;二是对于标准的串行数据信号，则选择示波器带宽能够测量到其速率的5次谐波即可。