示波器基礎(chǔ)系列

2、脈沖響應(yīng)優(yōu)化類型示波器對(duì)階躍脈沖的響應(yīng)(StepResponse)需要從兩個(gè)方面來分析，一個(gè)是幅度響應(yīng)，另一個(gè)就是相位響應(yīng)(或群延遲)。用戶在評(píng)估一臺(tái)高帶寬示波器性能時(shí)，會(huì)希望采集到的信號(hào)：1、更小的過沖Overshoot；2、更小的前沖Preshoot；3、更快的穩(wěn)定時(shí)間也就是更小的振鈴；4、與示波器標(biāo)稱帶寬所一致的上升時(shí)間。根據(jù)以上分析，貝塞爾幅度響應(yīng)有更小的過沖或振鈴，但上升時(shí)間也較慢，也會(huì)在-3dB帶寬外引起采樣頻率混疊的負(fù)面效應(yīng)；而平坦幅度響應(yīng)上升時(shí)間更快，但會(huì)帶來更大的過沖和振鈴。至于相位響應(yīng)方面，線性相位響應(yīng)修正群延遲至零，降低了不同頻率成分的相位不一致性，非常適合串行數(shù)據(jù)的測試和分析，比如眼圖和抖動(dòng)等。最小相位響應(yīng)是一種“因果“響應(yīng)，階躍發(fā)生前的所有效應(yīng)包括前沖都為零，是一種最接近真實(shí)世界的響應(yīng)，適合通用信號(hào)測試領(lǐng)域，盡管它會(huì)帶來最慢的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)速率。目前業(yè)界主要廠家研制的高性能示波器，對(duì)脈沖的幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)可以組合成三種脈沖響應(yīng)優(yōu)化方式，分別是：PulseResponse采用四階貝塞爾幅度響應(yīng)和最小相位響應(yīng)；EyeDiagram采用四階貝塞爾幅度響應(yīng)和線性相位響應(yīng)；FlatnessResponse采用平坦化幅度響應(yīng)和線性相位響應(yīng)。這三種響應(yīng)優(yōu)化類型不存在哪個(gè)更好的問題，而是分別適應(yīng)了不同信號(hào)的測試應(yīng)用需求。下表1總結(jié)了三種響應(yīng)優(yōu)化模式的不同特點(diǎn)和適用領(lǐng)域。響應(yīng)模式幅度響應(yīng)相位響應(yīng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)典型應(yīng)用PulseResponse4thorderBessel-ThompsonMinimumPhase“因果”響應(yīng)最接近自然情況.最慢的邊沿速率通用信號(hào)測試EyeDiagram4thorderBessel-ThompsonLinearPhase線性相位響應(yīng)降低了過沖，提高了邊沿速率.增加了前沖因?yàn)榍皼_和過沖是均衡對(duì)成的串行數(shù)據(jù)一致性測試FlatnessBrickwallLinearPhase帶通范圍內(nèi)最大的幅度響應(yīng)平坦度.最高的過沖頻譜分析

表1三種階躍響應(yīng)優(yōu)化模式特點(diǎn)總結(jié)下圖5顯示了三種示波器響應(yīng)方式對(duì)輸入階躍脈沖響應(yīng)效果的對(duì)比總結(jié)。圖圖5三種脈沖優(yōu)化方式對(duì)比總結(jié)從上圖可分析出PulseMode階躍脈沖躍遷速率最慢，前沖為零，-3dB帶寬內(nèi)幅度有一定衰減，-3dB帶寬外幅度滾降速率較慢，在高頻點(diǎn)群延遲不為零；EyeMode階躍脈沖躍遷速率較快，前沖被顯著提高，因?yàn)樾枰_(dá)到與過沖一致的對(duì)稱性，在整個(gè)帶寬范圍內(nèi)都保持群延遲為零，特別適合眼圖等串行數(shù)據(jù)分析方法，同樣在-3dB帶寬內(nèi)幅度有一定衰減，-3dB帶寬外幅度滾降速率較慢；FlatnessMode階躍脈沖躍遷速率最快，但也有最大的過沖和前沖以及振鈴等，-3dB帶寬內(nèi)幅頻響應(yīng)較平坦，超過-3dB帶寬后，頻響曲線急劇下降，其在通頻帶內(nèi)能保持線性相位響應(yīng)，對(duì)于純粹正弦信號(hào)和調(diào)制波形測試來說非常合適。3、如何選擇合適的示波器響應(yīng)模式以上分析了了幾種示波器響應(yīng)的不同特點(diǎn)，以及它們的適用領(lǐng)域。示波器響應(yīng)優(yōu)化如何提高信號(hào)采集的保真度，我們可以做出以下結(jié)論：1、用戶輸入信號(hào)與屏幕上顯示的波形之間的擬合程度“永遠(yuǎn)”受到示波器響應(yīng)方式的影響;2、 任何示波器都有非理想的行為，包括幅度衰減，相位偏差，噪聲波動(dòng)等；3、 每個(gè)示波器廠家都會(huì)采取某種手段去最小化示波器響應(yīng)對(duì)被測信號(hào)的負(fù)面影響，通常會(huì)帶來性能的折中。而且需要認(rèn)識(shí)到?jīng)]有哪種示波器響應(yīng)是理想的，最好的響應(yīng)永遠(yuǎn)取決于用戶的實(shí)際應(yīng)用。一般情況下，每個(gè)示波器廠家會(huì)根據(jù)自身儀器的市場側(cè)重點(diǎn)，為高帶寬示波器配置上述三種脈沖響應(yīng)優(yōu)化的一種，比如有的儀器廠商側(cè)重于射頻信號(hào)或矢量調(diào)制信號(hào)測試領(lǐng)域，它的示波器就只提供平坦化的響應(yīng)優(yōu)化模式，而有的儀器廠商為追求更高的眼圖生成效果，就只提供EyeMode響應(yīng)方式，實(shí)際上用戶的需求可能是多方面的，既需要測試信號(hào)通用特性，也可能需要分析串行數(shù)據(jù)信號(hào)質(zhì)量，還可能需要采集射頻信號(hào)等，僅提供一種響應(yīng)模式無法滿足客戶希望使用示波器全部價(jià)值的需求。力科最新推出的WaveMaster8Zi系列高端示波器不僅具有業(yè)界最好的性能指標(biāo)，包括最高的30GHz模擬帶寬，最快的80GSa/s實(shí)時(shí)采樣率和最深的512Mpts可分析存儲(chǔ)深度，而且還首次實(shí)現(xiàn)了在同一臺(tái)示波器上同時(shí)支持三種脈沖響應(yīng)優(yōu)化模式的功能，從而為用戶的不同測試需求提供了最高的信號(hào)采集保真度。以16GHz帶寬的WaveMaster816Zi為例，標(biāo)稱的儀器典型上升時(shí)間(10%-90%)為28ps，而三種響應(yīng)優(yōu)化模式分別實(shí)測的上升時(shí)間值為(PulseMode)29ps，(EyeMode)27ps，(FlatnessMode)25ps；過沖值分別為2%，6%，8%，符合本文以上的分析結(jié)果。下圖6和圖7顯示的是WaveMaster816Zi示波器分別采用FlatMode和EyeMode響應(yīng)優(yōu)化方式對(duì)同一階躍脈沖實(shí)際測量結(jié)果的對(duì)比，可以看出，F(xiàn)latMode可以得到更快的上升時(shí)間，但過沖和前沖也都相對(duì)較大；EyeMode測量的上升時(shí)間較慢，但過沖和前沖也都相對(duì)較小。

圖6Flatmode階躍響應(yīng)實(shí)測測量結(jié)果圖7Eyemode階躍響應(yīng)實(shí)測測量結(jié)果4、結(jié)語主流的高性能示波器廠家都會(huì)采取某種脈沖響應(yīng)優(yōu)化方式去降低幅頻響應(yīng)或相頻響應(yīng)對(duì)被測信號(hào)的負(fù)面效應(yīng)，力科最新的WavMaster8Zi系列是唯一能同時(shí)提供三種響應(yīng)優(yōu)化方式包括PulseMode、EyeMode和FlatnessMode的高帶寬示波器，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用測試需求而靈活的選擇使用其中一種響應(yīng)方式，從而達(dá)到了最高的信號(hào)采集保真度。參考文獻(xiàn)Eye_Patterns_in_Scopes-des