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决定示波器性能高度的模拟技术

作者:李健时间:2012-05-17来源:电子产品世界

  虽然不是对硬件要求最高的仪器,鉴于是众多工程师最熟悉也是测试仪器细分市场最大的单台仪器,所以我们采访了全球能将带宽做到GHz级别厂商中的几家代表,从示波器的硬件分析入手,带大家一起了解示波器的核心设计单元。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/132522.htm

  带宽,采样率和存储深度,是决定一台示波器市场价值最直观的三大特性,其中带宽是最明显能体现示波器的性能的指标,采样率的数值和带宽有着一定的联系,而这两个数值则直接关系到示波器的最终售价,其数值也基本都是由模拟单元的硬件性能决定的。  

        示波器的架构经历了几十年的沉淀,特别是最近二十年数字示波器的高速发展,已经基本趋于稳定,普源精电(RIGOL)副总裁邢飞介绍,当代数字示波器的基本组成主要包括:(负责信号调理)-> 模数转换器 (调理后信号数字化)-> 数据采集/存储/信号处理 -> 显示与人机接口。其中前两个部分决定了示波器绝大部分性能指标,也是示波器的核心所在。

   带宽与

  带宽,是选择示波器时最基本的参数,从2004年的30GHz问世,到45GHz的出现,这期间等待了5年,而到60GHz示波器的出现只有短短的3年,而最近的12个月里,示波器三强纷纷更新了自己的最顶级配置示波器,一切仿佛对2002-2004年示波器性能军备竞赛的翻拍。

  就在今年4月,力科从2004年开始拥有了多年的数字示波器带宽性能之最的皇冠被安捷伦占据,安捷伦的Infiniium 90000Q最高带宽做到了63GHz,超过了力科LabMaster10Zi的60GHz。当两家主要竞争对手都推出60GHz级别的示波器之后,下一步,我们期待泰克科技如何应对。

  决定带宽的关键是示波器的,包括衰减器, 放大器和相关电路,是被测信号进入示波器的大门,示波器的测试信号带宽很多情况下都是由模拟前端的带宽决定的,也就是直接影响了示波器的本底噪声和量程。模拟前端的设计工作在示波器的硬件设计工作当中,实际上占据了一半以上的工作量,并且在很大程度上最终决定了示波器的硬件性能。

  对于模拟前端来说,其影响示波器的主要性能指标包括:

  ● 模拟带宽,包括对被测信号幅频响应特性,在时域上表现为上升时间指标和过冲性能指标;

  ● 输入信号幅度动态范围(非数字处理的最小垂直灵敏度到最大垂直灵敏度的范围);

  ● 直流增益精度和偏移精度两个指标的初始误差特性和温度漂移特性;

  ● 输入阻抗特性(电阻并联寄生电容)影响在带探头或不带探头情况下对被测电路的影响。

  如果给示波器的模拟前端设计在整个的硬件设计中的重要地位做一个形象的比喻,模拟前端的作用类似于照相机的镜头。很多摄影发烧友在使用单反相机,一个很重要的原因是单反相机的镜头有更好的光学特性。类似的道理,模拟前端对输入信号进行衰减放大和信号调理,系统噪声也会被放大。如果示波器的模拟前端设计差,系统噪声大,希望测试的微小信号将无法捕获;如果在频域观测,这些噪声将使信噪比下降,底噪升高。如果信号通路间的隔离度不够,其他通道的信号将对被测信号造成较大的干扰。同时,模拟前端的线性度和抗饱和能力也十分重要。

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