漫談示波器的選擇—主要規格解析

Tektronix提供廣泛豐富的示波器產品組合，能協助加速除錯與測試工作。

目前快速、複雜的數位設計需要比以往任何時候都更多的實體層分析。選擇適當的示波器，能有效協助工程師直接在儀器上進行量測分析，進而將設計驗證週期縮短數週。本文就示波器的一些主要規格和概念，包括頻寬、儲存容量、觸發等進行闡述，並於結尾提出示波器的趨勢分析及展望。

1.頻寬對示波器有多重要？工程師們還提到種類，也就是說，頻寬並不是唯一的衡量規格。高頻寬也意味著更多的雜訊。您怎樣處理這個問題？

事實上，頻寬相同的示波器會表現出不同的上升時間，這是因為頻寬是在-3dB處確定的，而沒有提供與頻率響應或相位響應的線性度有關的任何資訊。不同的放大器特性 (濾波器特性)導致頻率響應在高頻率時或多或少會急劇下降，會導致放大器可用頻寬產生相當大的波動。但是，對應用來說，量測上升邊緣上發生的錯誤非常關鍵，另外在資料訊號中，對眼圖的張開度影響也很大。正因如此，上升時間規格對在時域中執行量測的裝置(示波器) 非常重要。透過這一規格，使用者可以更容易瞭解量測資料。雜訊不僅取決於頻寬，還受到超出頻帶極限時下降陡峭程度的影響。必須在線性頻率響應、適度下降、理想的脈衝特性與雜訊之間達成良好平衡。目前的裝置已經可以限定給定應用的可用頻寬，透過在垂直功能表中調整DSP(數位訊號處理)頻寬，大幅降低雜訊。

2.最大儲存容量意味什麼？現在的標準都不會用到最大儲存容量，但哪些應用會用到？

最大儲存容量決定著示波器的記錄時間。250M點的儲存容量和100GS/s的取樣率(=10 ps/點)會產生2.5ms的最大記錄時間。只能透過降低取樣率，來提高這一時間。採用DSP頻率響應校正技術的示波器不允許這樣做，因此可能會誤解量測訊號。在我們的儀器中，可以啟動DSP，將取樣率降低到Nyquist頻率(取樣率>2倍輸入頻寬)；也可以關閉DSP，選擇任意取樣率，明顯提高記錄時間。對抖動量測而言，記錄時間決定著正確量測的抖動頻率下限。在50GS/s和250MB時，抖動頻率下降約為600Hz。對大多數標準和應用來說，30MB 的儲存容量通常已經足夠了。

3.您的量測儀器提供哪些重要的硬體觸發功能？

我們的示波器擁有多個硬體觸發電路，除典型的邊緣觸發外，還提供複雜的時間和電壓相關觸發功能。Pinpoint觸發可以實現最多 1,400種觸發組合，包括邊緣觸發、突波觸發、脈衝寬度觸發、跳變時間觸發、逾時觸發、碼型觸發、狀態觸發、設定時間/保持時間觸發、視窗觸發、計時器觸發、事件觸發、序列字觸發 (64位元)等等。對採用不同編碼的資料訊號，太克還為使用者提供專用觸發功能，如AMI、HDB3、BnZS、CMI、MLT3、I2C、SPI和NRZ。高達6.25GB/s的8b/10b專用硬體觸發是一個例外，它使得使用者能夠即時觸發8b/10b字元、字串、異常及編碼錯誤。

4.量測儀器提供哪些重要的軟體觸發功能？

我們將軟體觸發功能稱為「搜尋和標記」。對使用者來說，非常重要的一點是要瞭解所有軟體觸發都是在記錄記憶體中搜尋事件，不能代替硬體觸發，因為會出現大的記錄空白，所以會遺失事件。另一方面，可以在記憶體中標記多個事件，並在表格中列出這些事件。搜尋和標記設定還可以複製到硬體觸發中，因此可以即時觸發這些事件。我們的裝置還可以將使用的硬體作為選道(strobe)功能，增加示波器的分析能力。例如，這可以對找到的DDR儲存訊號，運用讀寫資料套件在眼圖中顯示訊號，或執行抖動分析。

5.示波器未來的發展方向是什麼？請簡單介紹一下示波器開發的前景。

許多新的第3代標準(USB 3.0、PCIe Gen3、10G-KR)已經考慮到這一點，需要的頻寬比以前低得多。這一點越來越明顯，因為許多接收器模組(FFE、DFE、CTLE)採用等化器日益增加。因此，我們的示波器可以重建接收器晶片的等化器功能，這一點更加重要，因為它們可以以接收器在晶片中看到的方式量測訊號。當然，也有一些例外情況，需要更高的頻寬。例如100G乙太網路變通方案，它採用複雜的調變技術(DP-QPSK)，需要4個類比輸入及超過20GHz的頻寬進行分析，此外需要更高的量測準確度。鑒於這些應用，頻寬超過 30GHz的示波器將於2011年下半年推出。除儀器的內部技術外，開發和增強探棒也發揮著非常重要的作用。如果不能分接訊號，並指向裝置，那麼頻寬最高的示波器用處也不大。太克全系列探棒頭，不管是高頻寬範圍還是用於特殊應用(如電流量測)，都有助於展現我們的技術特色。有鑑於此，在許多情況下，都是探棒使得量測成為現實，應將探棒看作整個量測儀器解決方案非常重要的組成部分。

(本文受訪者為太克公司大中華區市場開發經理張天生？陳妍蓁整理)