探究示波器在工作中究竟有多重要?

王淳 发表于 2018-06-15 09:12:20 收藏 已收藏
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探究示波器在工作中究竟有多重要?

王淳 发表于 2018-06-15 09:12:20
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究竟为何在工程师工作中好的工具会如此重要呢?想必是因为有好的技术的同时拥有好的工具去结合让技术更好的为工作服务。然而小编有了解到目前有一款测量神器混合域示波器在测量界”叱诧风云“,下面让我们一起投入到混合域示波器的世界!探究示波器在工程师工作中究竟是怎么起到重要作用的吧…
 
MDO 是什么?
 
在描述其内部技术前,我们最好先了解一下 MDO 是 由哪些东西组成的。
 
过去,进行模拟测量、数字测量 和 RF 测量需要使用三种不同的仪器:
● 示波器,用来在时域中对模拟信号进行时间相关测量
● 逻辑分析仪,用来在时域中对数字信号进行时间相关测量。混合信号示波器(MSO)是增加了数字通道的示波器
● 频谱分析仪,用来在频域中对 RF 信号进行测量
混合域示波器(MDO)是第一个把混合信号示波器(包括逻辑和协议分析功能 )与现代频谱分析仪集成在一起的工具。
 
它们是拥有一整套输入通道,为测量模拟信号、数字信号和 RF 信号而优化的:
● 2条或4条模拟时域通道,100MHz、200MHz、350MHz、500MHz或1GHz带宽,拥有串行总线解码和触发功能
● 16条数字时域通道,定时分辨率最低 60.6ps,拥有串行总线解码和触发功能
● 1条频谱分析仪通道,最高6GHz输入频率范围
 
MDO是怎样工作的?
 
为了提供上述功能,尤其是RF测量性能,MDO采用独特的结构,传统频谱分析仪或示波器用户可能并不熟悉这种结构。
 
如图是传统扫频分析仪简化的方框图。传统结构是扫频超外差频谱分析仪 (SA),正是这种结构使得工程师在几十年前就能进行频域测量。
 
当前一代频谱分析仪包括许多数字要素,如 ADCs、DSPs 和微处理器。但基本扫频方法仍大部分相同。
 
SA 通过下变频关心的信号,然后扫描通过解析带宽 (RBW) 滤波器的传输频带,来进行功率相对于频率关系测量。RBW滤波器后面是一个检测器,计算选定频宽中每个频率点上的幅度。
 
这种方法的优点是提供了高动态范围,缺点是一次只能计算一个频率点的数据。结果,测量数据只对相对稳定的、不变化的窄带输入信号有效。
 
如图是矢量信号分析仪VSA的结构。VSA代表着一种比较现代的频谱分析仪结构,其中本振是步进式的,而不是扫描式的。
 

 

 
得到的信号先滤波,再进行模数转换。这会得到一个带限时域信号,可以通过使用 DFT(离散傅立叶变换)从时域转换到频域。然后使用得到的频域信息,在本振频率周围的画面上绘制一小部分频谱图。
 
然后本振步进到下一个更高的频率,然后重复这个过程,直到绘制整个频谱。在处理随时间变化的RF时,步进式分析仪要优于扫频分析仪,但前提是关心的频宽位于步进宽度范围内,而频进宽度通常相当窄(10MHz~25MHz)。
 

 
如图是简化的MDO方框图。高亮显示的模块是只有MDO4000系列中才有的模块,其他模块则是MDOMDO是怎样工作的?
 
RBW滤波器后面是一个检测器,计算选定频宽中每个频率点上的幅度。这种方法的优点是提供了高动态范围,缺点是一次只能计算一个频率点的数据。
 
结果,测量数据只对相对稳定的、不变化的窄带输入信号有效。如图是矢量信号分析仪VSA的结构。VSA代表着一种比较现代的频谱分析仪结构,其中本振是步进式的,而不是扫描式的。
 
得到的信号先滤波,再进行模数转换。这会得到一个带限时域信号,可以通过使用 DFT(离散傅立叶变换)从时域转换到频域。然后使用得到的频域信息,在本振频率周围的画面上绘制一小部分频谱图。
 
然后本振步进到下一个更高的频率,然后重复这个过程,直到绘制整个频谱。在处理随时间变化的RF时,步进式分析仪要优于扫频分析仪,但前提是关心的频宽位于步进宽度范围内,而频进宽度通常相当窄(10MHz~25MHz)。
 

 
如图是简化的MDO方框图。高亮显示的模块是只有MDO4000系列中才有的模块,其他模块则是MDO4000和MDO3000系列共有的模块。现代矢量信号分析仪使用的结构基本相同。
 
MDO和普通VSA之间的主要差异在于,MDO有:
● ADC采样率要高得多,因此实现了超宽捕获带宽
● 固定下变频范围数量少
 
MDO的核心是大多数泰克示波器中使用的泰克自主开发的同一模数转换器。这种8位模数转换器以10 GS/s速率采样,输入带宽超过5 GHz。
 
在所有MDOs中,信号都增加了抖动,以改善SFDR。在把数据采集到存储器中后,会结合使用硬件技术和软件技术,执行数字下变频(DDC),大大增强信号保真度。
 
这个过程实现了三件事:
● 数据记录被转换成I (同相)和Q (正交)复合数据格式
● 中心频率被传送到DC,可以把IQ采样率降低到半速率
● 数据进行过滤,压缩到足以覆盖频宽的采样率
 
MDO中的数字信号处理器执行FFT,把RF时域数据转换成频域数据,采用频谱的形式。整个频谱乘以校准系数,调节平坦度和相位。
 
然后使用用户可选的检测方法,确定怎样把1000-2,000,000点FFT输出压缩到宽1,000像素的显示画面。其中提供了正峰值、负峰值、平均值和采样检测器。
 
最后,把得到的频谱加上对数标度,进行显示。
 
总结
 
MDO3000和MDO4000系列都可以方便地在一个集成平台中实现多台仪器的功能。
 
MDO4000系列能够在一个同步视图中同时显示时域和频域,特别适合进行EMI调试和集成无线收发机。
 
尽管采用示波器技术构建高保真度频谱分析仪大大突破了传统,但有许多技术可以有效实现这一目标,具体包括:
 
● 使用专用频谱分析仪输入,改善保真度
● 使用数字下变频器和DFT技术,利用工艺增益改善灵敏度
● 使用抖动改善SFDR
● 改善屏蔽
 
通过使用这些技术,MDO实现了进行频谱测量所需的保真度,同时保留了集成示波器提供的优势,具体包括:
 
● 在任何中心频率上实现了至少1 GHz的宽捕获带宽,某些情况下实现了高达3.75 GHz的带宽
● 成本和空间优势,共享一个机箱、显示器、接口、电源等
● 一台集成仪器的方便性
● 在MDO4000系列上
    - 模拟通道和数字通道实现了时间相关
    - 能够查看频谱分析仪提供的典型零频宽之外的RF时域数据
 

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