6種可測(cè)試高速通信信號(hào)的數(shù)字示波器

　　隨著電子設(shè)備越來(lái)越多地采用射頻和數(shù)字器件，測(cè)試設(shè)備正開始將一系列更高級(jí)的測(cè)量工具整合起來(lái)，用于高速通信信號(hào)測(cè)試。被普遍認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)臺(tái)中心的數(shù)字示波器，也沒(méi)有回避這一波集成的浪潮。最新的機(jī)型設(shè)計(jì)了內(nèi)置波形發(fā)生器、邏輯分析儀，以及串行協(xié)議和頻譜分析功能。

　　現(xiàn)代示波器不再只是一個(gè)時(shí)域測(cè)量工具。它已演變成為能夠進(jìn)行頻域測(cè)量，從而能夠滿足長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）和無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等無(wú)線通信系統(tǒng)的信號(hào)驗(yàn)證和調(diào)試的需要。它使用快速傅里葉變換（FFT）功能或頻譜分析軟件，通過(guò)儀器內(nèi)置的多種增強(qiáng)測(cè)試功能來(lái)執(zhí)行這些測(cè)量。

　　圖1：由于測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商集成了邏輯、協(xié)議和頻譜分析等功能，現(xiàn)代示波器已不再只是一個(gè)時(shí)域測(cè)量工具。（圖片由Thinkstock提供）。

　　在某些情況下，對(duì)于射頻通信信號(hào)測(cè)試，數(shù)字示波器可能比信號(hào)分析儀等頻域儀器更加可取。這對(duì)于頻率在3.1GHz至10.6GHz、數(shù)據(jù)速率高達(dá) 1024Mb/s的新興超寬帶（UWB）通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為如此。雖然信號(hào)分析儀具有更好的動(dòng)態(tài)范圍和更小的失真，但對(duì)于信號(hào)分析，現(xiàn)代示波器卻具有更高測(cè)量帶寬和更多自動(dòng)化功能的優(yōu)勢(shì)。

　　這里有6個(gè)具有頻域功能的最新數(shù)字示波器可用于通信器件的測(cè)試。

　　1. 是德科技的Infiniium V系列示波器

　　是德科技（Keysight Technologies）的Infiniium V系列示波器提供了從8GHz至33GHz的廣泛的測(cè)量帶寬，并且在所有型號(hào)上都具有4個(gè)模擬通道標(biāo)準(zhǔn)。最高帶寬型號(hào)——DSAV334A采樣示波器以 33GHz運(yùn)行，兩個(gè)通道下的實(shí)時(shí)采樣率為80GS/s，四個(gè)通道下為40GS/s。該儀器支持2.10mVrms的本底噪聲和50mV/格的靈敏度，并且抖動(dòng)測(cè)量基底低于100fs。

　　圖2：是德科技Infiniium V系列示波器。（圖片由Keysight提供）。

　　DSA334A示波器每通道內(nèi)存深度為100Mpts，并且提供12.5Gbps硬件串行觸發(fā)和160位序列。對(duì)于頻域測(cè)量，它提供FFT功能，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)33GHz的寬帶寬測(cè)量——其可以通過(guò)將儀器與下變頻器電路相結(jié)合來(lái)增加。有效位數(shù)（ENOB）大于5.5且雜散頻率動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）大于50dBc，可用于提高其頻譜分析功能的動(dòng)態(tài)范圍。

　　Infiniium V系列示波器探測(cè)系統(tǒng)支持高達(dá)30GHz的瀏覽，并可針對(duì)更高的測(cè)量要求而升級(jí)。廣泛的軟件更新使示波器能夠測(cè)量LPDDR4、HDMI 2.0、100G以太網(wǎng)和MIPI標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。另外，此系列中包含的33GHz混合信號(hào)示波器（MSO）除了4個(gè)模擬輸入以外，還可接受16個(gè)數(shù)字通道。

　　2. 泰克DPO70000SX高性能示波器

　　泰克（Tektronix）公司的DPO70000SX高性能示波器提供70GHz的實(shí)時(shí)測(cè)量帶寬，其采樣率為200GS/s且采樣分辨率為5ps。該示波器包含在一個(gè)緊湊的封裝中，可以與其它示波器模塊連接起來(lái)增加可用的通道數(shù)，同時(shí)保持通道至通道抖動(dòng)低于500fs。

　　再加上SignalVu矢量分析軟件，該示波器能夠分析寬帶射頻信號(hào)，例如雷達(dá)、光相干網(wǎng)絡(luò)、電子戰(zhàn)（EW）或WLAN 802.11ac。示波器以全觸發(fā)能力工作時(shí)，該軟件能夠提供實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀的功能，包括矢量信號(hào)分析、脈沖分析、藍(lán)牙或WLAN測(cè)試和頻譜分析等功能。

　　這些型號(hào)適用于單機(jī)（single-unit）系統(tǒng)——系統(tǒng)在單通道上支持高達(dá)70GHz帶寬，雙通道支持33GHz帶寬，四通道支持23GHz帶寬——或者每帶寬可打開兩倍通道數(shù)的雙機(jī)系統(tǒng)中。該系統(tǒng)采用異步時(shí)序交織（ATI）技術(shù)工作，該技術(shù)是泰克采用IBM鍺化硅（SiGe）器件所開發(fā)的。示波器將輸入信號(hào)分解，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，然后將其重建成寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。

　　3. Pico Technology Picoscope 9341采樣示波器

　　Pico Technology公司設(shè)計(jì)Picoscope 9341采樣示波器的目的是用來(lái)分析兩個(gè)差分或4個(gè)單端高速信號(hào)，該示波器提供高達(dá)20GHz的帶寬，用于測(cè)試高達(dá)40Gb/s的數(shù)據(jù)速率。Pico Technology公司這款基于PC的儀器的特性包括：17.5ps輸入上升時(shí)間、14GHz觸發(fā)帶寬、雙通道16位采樣器、動(dòng)態(tài)范圍為60dB的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。儀器工作在全測(cè)量帶寬時(shí)，典型的輸入噪聲為1.5mVrms，觸發(fā)抖動(dòng)為1.8ps。

　　圖3：Pico Technology公司Picoscope 9341采樣示波器。（圖片由Pico公司提供）。

　　這款緊湊型示波器采用與Microsoft Windows XP直到Windows 8.1兼容的軟件，使用LAN或USB接口插入到計(jì)算機(jī)中。該軟件包括61個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，138項(xiàng)自動(dòng)測(cè)量，以及167個(gè)從1.54Mb/s到12.5Gb/s的標(biāo)準(zhǔn)通信掩模。它配備有頻譜模式測(cè)量，還提供了高達(dá)8Gb/s的5次諧波表征。

　　該機(jī)型可用于對(duì)串行數(shù)據(jù)信號(hào)——例如10Gb以太網(wǎng)、SONET/SDH STM64和FEC1071、10x光纖通道和InfiniBand——進(jìn)行預(yù)一致性測(cè)試、故障查找和裕量測(cè)試。它還能測(cè)量HDMI、SATA和PCIe等串行總線上差分對(duì)之間的歪斜和串?dāng)_。示波器內(nèi)置的9.5GHz光電轉(zhuǎn)換器針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的光通信信號(hào)的測(cè)試進(jìn)行配置，其內(nèi)置的信號(hào)發(fā)生器可用于測(cè)試設(shè)備輸入。

　　4. 福祿克ScopeMeter 190-504 II系列示波器

　　便攜式示波器也在設(shè)法添加頻譜分析功能。最新加入到福祿克手持式示波器產(chǎn)品線中的Scopemeter 190-504 II系列，提供了500MHz的測(cè)量帶寬和5GS/s的實(shí)時(shí)采樣率。該儀器支持帶FFT功能的頻域分析，能夠測(cè)試通信、導(dǎo)航和軍事設(shè)備。該儀器配有2個(gè)或 4個(gè)獨(dú)立隔離的輸入通道，每通道內(nèi)存深度高達(dá)10，000個(gè)采樣值。

　　在捕獲波形現(xiàn)象——如瞬態(tài)和感應(yīng)噪聲等方面，Scopemeter 190-504為快、慢和復(fù)雜信號(hào)配備了200ps的分辨率和自動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)。在模塊的側(cè)面有一個(gè)USB端口，用于連接PC機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備。該示波器作為為實(shí)驗(yàn)室外應(yīng)用開發(fā)的手持機(jī)型，額定能夠承受灰塵、水滴、濕度和寬溫度的變化。

　　5. Teledyne Lecroy公司LabMaster 10 Zi-A系列數(shù)字示波器

　　Teledyne Lecroy（力科）公司最新的實(shí)時(shí)示波器——LabMaster 10 Zi-A，為測(cè)試下一代電氣和光纖通信鏈路提供了高測(cè)量帶寬。該旗艦機(jī)型可提供高達(dá)100GHz的帶寬和最大240GS/s的采樣率。儀器具有低抖動(dòng)測(cè)量基底和14.1Gb/s的硬件串行觸發(fā)，其采樣時(shí)鐘的固有抖動(dòng)只有50fs RMS。它還具有3.5ps上升時(shí)間和每通道存儲(chǔ)深度1024Mpts的特性。

　　單個(gè)采集模塊支持4個(gè)36GHz通道和2個(gè)65GHz通道。但它也可以連接到其他LabMaster 10 Zi-A模塊來(lái)極大增加可用輸入的數(shù)量，并同時(shí)減少測(cè)量通道之間的抖動(dòng)。多機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)連接20個(gè)額外模塊來(lái)支持多達(dá)80個(gè)36GHz通道，并且通道至通道抖動(dòng)低于130fs。

　　采用高度模塊化設(shè)計(jì)、長(zhǎng)存儲(chǔ)和高測(cè)量帶寬的目的是為了測(cè)試串行和射頻通信信號(hào)。它能夠測(cè)量10~16Gb/s的標(biāo)準(zhǔn)和超高速技術(shù)，如CEI-25/28、CEI-56以及相干光格式，包括DP-QPSK、16-QAM和MIMO等。

　　6. 羅德與施瓦茨RTE系列數(shù)字示波器

　　羅德與施瓦茨公司在其一系列R&S RTE數(shù)字示波器當(dāng)中增加了測(cè)量帶寬高達(dá)2GHz的新機(jī)型——R&S RTE 1204。該產(chǎn)品可提供2個(gè)或4個(gè)輸入通道，其采樣率為5GS/s，每通道采集內(nèi)存為10Mpts。在全測(cè)量帶寬下，采集速率超過(guò)100萬(wàn)個(gè)波形每秒，靈敏度為500μV/格。此外，其上升時(shí)間低于175ps，分辨率為16位。

　　圖4：羅德與施瓦茨公司RTE系列數(shù)字示波器。（圖片由羅德與施瓦茨公司提供）。

　　R&S RTE1204機(jī)型配備了FFT功能，F(xiàn)FT功能集成在硬件層面，使得操作人員能夠測(cè)量高速RF信號(hào)的總諧波失真（THD）和功率譜密度（PSD）。1GHz帶寬下RMS噪聲為100μV以及有效位數(shù)超過(guò)7.0，能夠增加頻譜分析的動(dòng)態(tài)范圍。

　　羅德與施瓦茨公司雖然尚未公布2GHz機(jī)型，但是最近為其1GHz RTE系列示波器升級(jí)了頻譜分析和頻譜圖選項(xiàng)，這使用戶能夠同時(shí)分析時(shí)域、頻譜、協(xié)議和邏輯信號(hào)。對(duì)于嵌入式設(shè)計(jì)測(cè)試，R&S RTE系列有一個(gè)MSO選項(xiàng)，具有高達(dá)400MHz的帶寬和16個(gè)輸入通道。