中心議題：

• 力科Zi係列示波器
• 快沿脈衝信號的測量的解決方案

解決方案：

• 力科WavePro7 Zi及WaveMaster8 Zi係列示波器
• 包括業界最高的30GHz模擬帶寬，80GS/s采樣率
  ，40GS/s單芯片采樣能力
• 支持三種脈衝響應方式的特性
• 強大的電纜去嵌能力以及方便靈活的通道校準能力

摘要：隨(sui)著(zhe)速(su)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)，脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)短(duan)，更(geng)快(kuai)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)意(yi)味(wei)著(zhe)被(bei)測(ce)脈(mai)衝(chong)覆(fu)蓋(gai)了(le)更(geng)寬(kuan)的(de)頻(pin)譜(pu)範(fan)圍(wei)

，更(geng)短(duan)的(de)測(ce)量(liang)時(shi)間(jian)以(yi)及(ji)更(geng)大(da)的(de)電(dian)纜(lan)損(sun)耗(hao)。力(li)科(ke)最(zui)新(xin)推(tui)出(chu)的(de)Zi係列示波器擁有業界最高的帶寬與采樣率、全麵的脈衝響應方式
、有效的電纜去嵌能力以及方便靈活的通道校準能力，為快沿脈衝信號的測量提供了全麵的解決方案。

關鍵詞： 脈衝測量，帶寬，采樣率，脈衝響應方式，電纜去嵌，通道校準

一、30GHz —— 業界最高的模擬帶寬
隨sui著zhe脈mai衝chong信xin號hao上shang升sheng沿yan的de加jia快kuai
，信xin號hao所suo包bao含han的de諧xie波bo成cheng分fen也ye越yue來lai越yue豐feng富fu。對dui於yu同tong一yi個ge脈mai衝chong信xin號hao，使shi用yong不bu同tong帶dai寬kuan的de示shi波bo器qi所suo測ce量liang出chu的de結jie果guo可ke能neng是shi不bu同tong的de。例li如ru
，下xia圖tu一yi所suo示shi的de脈mai衝chong測ce量liang中zhong
，使shi用yong1G帶寬的示波器測量到的脈衝幅度僅為使用6G示波器測量值的一半。 今(jin)天(tian)的(de)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)越(yue)來(lai)越(yue)短(duan)
，有(you)的(de)已(yi)經(jing)達(da)到(dao)幾(ji)十(shi)皮(pi)秒(miao)的(de)量(liang)級(ji)
，如(ru)此(ci)快(kuai)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)將(jiang)覆(fu)蓋(gai)更(geng)寬(kuan)的(de)頻(pin)譜(pu)範(fan)圍(wei)，要(yao)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)測(ce)量(liang)
，自(zi)然(ran)也(ye)就(jiu)要(yao)求(qiu)示(shi)波(bo)器(qi)擁(yong)有(you)更(geng)高(gao)的(de)模(mo)擬(ni)帶(dai)寬(kuan)。對(dui)於(yu)具(ju)體(ti)需(xu)要(yao)多(duo)高(gao)帶(dai)寬(kuan)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)的(de)問(wen)題(ti)，可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)與(yu)被(bei)測(ce)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)來(lai)衡(heng)量(liang)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)以(yi)T(scope)代表示波器的10~90%上升時間，以T(signal)代表所測量脈衝信號的上升時間，那麼兩者之間的比例即T(scope)/T(signal)與脈衝信號測量精度將基本滿足表一所列內容。
從表一中我們可以看出，為了使脈衝測量精度達到5%以上
，應使示波器的上升時間小於脈衝上升時間1/3以上。例如，對上升時間在100ps以內的脈衝信號進行測量，示波器的上升時間應控製在30ps以內。我們知道，示波器的帶寬越高其對應的上升時間越短
，對高帶寬實時數字示波器而言，兩者的乘積在0.35~0.51之間變動。30ps以內的上升時間將要求示波器帶寬達到16GHz以上。如果對上升時間50ps以內的脈衝信號測量
，則要求示波器的10~90%上升時間必須控製在17ps以內，對應的示波器帶寬將達到25GH或者更高，業界隻有力科的第四代示波器Wavemaster830Zi或825Zi能夠滿足這樣的指標要求。

對脈衝信號進行精確測量，除了要求示波器有足夠的帶寬以外

，還要求示波器通道的頻響曲線在不同垂直刻度設置下有良好的 穩定度及一致性。力科8Zi係列示波器不但在帶寬上做到了業界最高的30Ghz
，在示波器頻響方麵也同樣做到了業界最優，從而在硬件上奠定了對脈衝信號進行精確測量的基礎。下圖二為力科Wavemaster830Zi示波器在不同垂直刻度下的實測頻響曲線，我們可以看到
，各條曲線在示波器的全帶寬範圍內均保持了良好的穩定度與一致性。
脈衝信號越來越快，對示波器的帶寬要求也將越來越高，力科Ｚｉ係xi列lie示shi波bo器qi的de帶dai寬kuan可ke升sheng級ji特te性xing便bian順shun應ying了le這zhe種zhong測ce試shi需xu求qiu。用yong戶hu不bu需xu要yao為wei日ri後hou更geng快kuai的de脈mai衝chong信xin號hao測ce試shi重zhong新xin購gou買mai一yi台tai更geng高gao帶dai寬kuan的de示shi波bo器qi，而er可ke以yi使shi用yong少shao量liang的de資zi金jin將jiang現xian有you的de低di帶dai寬kuanZi示波器升級到更高的帶寬。例如，力科WavePro7Zi係列示波器可覆蓋1.5GHz至6GHz模擬帶寬
，而更高端的WaveMaster8Zi係列的模擬帶寬則可以覆蓋從4GHz至30GHz，下表列出了8Zi係列示波器的具體帶寬配置情況。 二、80GS/s —— 業界最高的實時采樣率
對(dui)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)，除(chu)了(le)要(yao)求(qiu)示(shi)波(bo)器(qi)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)帶(dai)寬(kuan)與(yu)良(liang)好(hao)的(de)頻(pin)響(xiang)性(xing)能(neng)以(yi)外(wai)，示(shi)波(bo)器(qi)的(de)實(shi)時(shi)采(cai)樣(yang)率(lv)也(ye)同(tong)樣(yang)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)指(zhi)標(biao)。足(zu)夠(gou)的(de)帶(dai)寬(kuan)與(yu)良(liang)好(hao)的(de)頻(pin)響(xiang)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)有(you)更(geng)多(duo)的(de)頻(pin)譜(pu)分(fen)量(liang)無(wu)失(shi)真(zhen)的(de)通(tong)過(guo)示(shi)波(bo)器(qi)，除(chu)此(ci)以(yi)外(wai)，在(zai)極(ji)短(duan)的(de)脈(mai)衝(chong)上(shang)升(sheng)沿(yan)上(shang)能(neng)否(fou)采(cai)集(ji)到(dao)足(zu)夠(gou)多(duo)的(de)樣(yang)點(dian)將(jiang)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)恢(hui)複(fu)波(bo)形(xing)的(de)質(zhi)量(liang)及(ji)後(hou)期(qi)對(dui)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)與(yu)分(fen)析(xi)的(de)精(jing)度(du)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，應(ying)該(gai)保(bao)證(zheng)在(zai)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)沿(yan)上(shang)至(zhi)少(shao)采(cai)集(ji)3到4個樣點才能比較客觀的恢複出脈衝信號的真實波形並加以測量。例如

，對上升時間100ps的脈衝信號
，我們應該至少使用30GS/s的采樣率對信號進行采集；而對於上升時間50ps以內的脈衝信號，則至少要求示波器的實時采樣率達到60GHz以上。力科WaveMaster8Zi係列示波器可以提供業界最高的80GS/s實時采樣率
，是上升時間50ps以內脈衝測量的唯一選擇。

脈mai衝chong信xin號hao測ce量liang除chu了le要yao求qiu足zu夠gou高gao的de采cai樣yang率lv以yi外wai，示shi波bo器qi實shi時shi采cai樣yang的de工gong作zuo細xi節jie亦yi是shi不bu容rong忽hu視shi的de環huan節jie
，它ta將jiang在zai很hen大da程cheng度du上shang影ying響xiang到dao信xin號hao采cai集ji的de保bao真zhen度du。由you於yu示shi波bo器qi架jia構gou及ji所suo使shi用yong的deADCxinpiandechayi，butongpinpaideshiboqizaishijicaiyangshidejiagoushibutongde。youdeshiboqizaiyilutongdaolishiyongduokedicaiyanglvdexinpianfenshifuyong，jiangecaiyanghouzaijiangyangdiandiejiacongerdadaobiaochengdegaocaiyanglv，liruzaiyitiaomonitongdaozhongshiyong8顆6.25GS/s低采樣率芯片疊加從而達到標稱的50GS./s最高采樣率。

采cai用yong多duo顆ke低di采cai樣yang率lv芯xin片pian疊die加jia采cai樣yang的de示shi波bo器qi架jia構gou在zai對dui高gao速su信xin號hao包bao括kuo脈mai衝chong信xin號hao測ce量liang時shi，由you於yu每mei顆ke芯xin片pian存cun在zai固gu有you的de個ge體ti差cha異yi，如ru果guo疊die加jia的de芯xin片pian過guo多duo將jiang不bu可ke避bi免mian地di引yin入ru更geng多duo的de衝chong擊ji電dian平ping噪zao聲sheng與yu誤wu差cha，從cong而er直zhi接jie影ying響xiang到dao波bo形xing恢hui複fu的de質zhi量liang與yu測ce量liang精jing度du。 如上圖所示
，力科WavePro7Zi及WaveMaster8Zi係列示波器使用了全新的示波器架構，每顆采樣芯片均可提供最高40GS/s的采樣率（如下圖四所示），在最高80GS/s采樣時僅通過兩顆芯片協同工作即可完成。這樣的示波器架構大大簡化了從前端放大器到ADC采樣芯片之間的信號通路，避免了多顆芯片間隔采樣帶來的衝擊電平噪聲
，從而很好地保證了高采樣時的信號一致性。 三、支持三種脈衝響應方式 —— 業界唯一
當(dang)今(jin)的(de)高(gao)帶(dai)寬(kuan)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)都(dou)會(hui)采(cai)取(qu)某(mou)種(zhong)脈(mai)衝(chong)響(xiang)應(ying)優(you)化(hua)方(fang)式(shi)去(qu)降(jiang)低(di)幅(fu)頻(pin)響(xiang)應(ying)或(huo)相(xiang)頻(pin)響(xiang)應(ying)對(dui)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)的(de)負(fu)麵(mian)效(xiao)應(ying)
，業(ye)界(jie)應(ying)用(yong)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)脈(mai)衝(chong)響(xiang)應(ying)方(fang)式(shi)有(you)三(san)種(zhong)，分(fen)別(bie)為(wei)Pulse Mode、Eye Mode和Flatness Mode。 如(ru)圖(tu)五(wu)所(suo)示(shi)，每(mei)種(zhong)脈(mai)衝(chong)響(xiang)應(ying)方(fang)式(shi)均(jun)由(you)不(bu)同(tong)的(de)幅(fu)頻(pin)響(xiang)應(ying)及(ji)相(xiang)頻(pin)響(xiang)應(ying)方(fang)式(shi)組(zu)合(he)而(er)來(lai)，對(dui)同(tong)樣(yang)的(de)階(jie)躍(yue)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)，不(bu)同(tong)的(de)響(xiang)應(ying)方(fang)式(shi)將(jiang)恢(hui)複(fu)出(chu)不(bu)同(tong)的(de)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)。例(li)如(ru)，采(cai)用(yong)Pulse Mode恢複出的波形與模擬示波器的測量效果最為接近，因為其采用的幅頻響應更為平緩，同時其相頻響應也是因果有界的；采用Flatness Mode恢複出的波形其上升時間最短
，但波形中同時包含了更多的過衝成分。

這zhe三san種zhong脈mai衝chong響xiang應ying方fang式shi不bu存cun在zai哪na個ge更geng好hao的de問wen題ti，而er是shi分fen別bie適shi應ying了le不bu同tong信xin號hao的de測ce試shi應ying用yong需xu求qiu。下xia表biao總zong結jie了le三san種zhong脈mai衝chong響xiang應ying方fang式shi的de不bu同tong特te點dian及ji其qi各ge自zi適shi用yong的de領ling域yu。 具體到脈衝測量領域，如果更關心測量的脈衝上升時間，則應選擇Flatness模式；如果更關心信號的整體波形
，則選擇Pluse模式更優。力科WaveMaster8Zixilieshiboqichuangxinxingdijiangsanzhongxiangyingfangshinarudaoyitaishiboqizhong，yonghukegenjujutideceshixuqiuxuanzeheshidemaichongxiangyingfangshi，wulunnazhongceshixuqiujunkezai8Zi儀器上輕鬆完成。 四
、強大的電纜去嵌功能與靈活的通道校準特性
當前的脈衝信號由於速度越來越快，對其測量時通常會使用SMA接口的同軸電纜來連接信號源到示波器。通常SMA接口的同軸電纜最高帶寬可以達到30GHz
，理想情況下
，對於頻帶範圍內的信號是沒有損耗的。實際情況中
，由於導體的趨膚效應和介質的損耗，或多或少會對信號產生影響（特別是信號的高頻部分）
，降低信號的幅度

、增大信號的上升時間。此外，不同電纜的帶寬以及損耗參數是不一樣的
，電纜使用一段時間後由於SMA連接器的磨損
，同樣會影響電纜的損耗特性。

在使用示波器結合同軸電纜測量脈衝信號時，為保證測量的精確性與一致性，必須去除電纜的效應。力科WaveMaster8Zi係列示波器擁有電纜去嵌（cable de-embedding）功能
，在每個通道中均可選擇是否激活此功能（下圖所示為cable de-embedding的操作界麵）。可以使用兩種方法來輸入電纜的特性：一種是電纜的衰減常數
，包括了電纜長度
、傳輸速度、插入損耗的多項式係數；另一種是直接輸入多個頻率點的插入損耗（即S參數的S21）。電纜的特性參數可以從電纜廠商處獲得
，或者使用TDR或矢量網絡分析儀測量。 電纜去嵌能補償電纜在全頻段的損耗

，使示波器的測量結果具有精確性和重複性，對於脈衝信號的測試將是十分必要的。

除了電纜去嵌功能外，力科Zi係列示波器上還標配了快沿方波信號源，其輸出的信號上升時間在WaveMaster8Zi上為50ps，在WavePro7Zi上為100ps。一yi般ban情qing況kuang下xia，對dui示shi波bo器qi進jin行xing常chang規gui的de時shi序xu校xiao準zhun時shi需xu要yao配pei備bei一yi台tai額e外wai的de波bo形xing發fa生sheng器qi以yi及ji一yi分fen四si功gong分fen器qi，將jiang波bo形xing發fa生sheng器qi發fa出chu的de信xin號hao經jing過guo功gong分fen器qi之zhi後hou同tong時shi輸shu入ru示shi波bo器qi的de四si條tiao模mo擬ni通tong道dao，最zui後hou進jin行xing通tong道dao校xiao準zhun。對dui力li科keZi係列示波器進行時序校準則不同
，由於示波器標配了快沿方波信號源並且可對該信號進行內部觸發，用戶僅需一根SMA電纜便可分別將示波器的四條模擬通道分別對該快沿脈衝信號進行校準，從而也就方便地完成了四條模擬通道之間的時序校準工作。

五、結語
對脈衝信號的測量能力在一定程度上顯示了示波器的綜合性能。力科WavePro7 Zi及WaveMaster8Zi係列示波器在多項示波器重大指標上代表著當代實時示波器的最高水平，包括業界最高的30GHz模擬帶寬，業界最高的80GS/s采樣率，業界最快的40GS/s單芯片采樣能力，業界唯一支持三種脈衝響應方式的特性
，強大的電纜去嵌能力以及方便靈活的通道校準能力。力科Zi係列示波器的全新架構為當代脈衝信號的高保真測量帶來了全麵的技術提升與理想的解決方案。

參考文獻
1. Adequate Bandwidth，Howard Johnson

，LeCroy Corporation
2. Eye_Patterns_in_Scopes-designcon_2005.pdf, Peter J. Pupalaikis, LeCroy Corporation
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