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示波器的两种不同反应特性的介绍

2008/9/24/14:38 来源:新电子

    工程人员在进行高速数字信号测量时,通常需要具备两种测量技术的基础知识。一个是理解有关探针(Probe)等测试附件的特性,另外一个就是要了解测试仪器本身,通常就是指示波器(Oscilloscope)的频率反应特性。下面就来探讨示波器的两种反应特性及不同反应特性对系统的影响和区分。

    示波器的反应特性会对信号的波形有所影响,并改变信号上升时间的计算。当Pentium4进千兆赫时代后,SerialATA及PCIExpress等高速接口或总线也陆续超越了Gbps,选择适当的探针当然是一件重要的事,但选择合适的示波器也是不可欠缺的工作。

    测量波形从输入连接器经过采样和信号处理显示在屏幕上,同时保存数据。一旦选择了不适当的示波器,波形就可能变形。尤其在测量像PCIExpress高速串行接口的波形时,不仅要衡量采样频率及带宽,还必须对示波器的反应特性有所认知。比如,在测量非常陡峭的信号变化时,会因为示波器反应特性的差异而有所不同。

    反应系统分为两大类

    示波器的反应特性泛指从输入端的连接头到画面显示整个测量系统的“传递特性”。通常可以分为高斯(GaussianResponse)型反应系统和砖墙(Brick-wallResponse)型反应系统两大类。砖墙型反应系统也称平坦反应型(FlatResponse)。

    要区分或比较这两类系统的差异,最简单的方法就是看“-3dB频率特性”及“步级(Step)波形的反应”这两个基本参数。

    常用的模拟示波器属于高斯型反应系统,其频率特性会在右肩端缓慢下滑,而步级波形的输入即使再陡峭,也不容易产生波形失真,即不会产生步级波形瞬间的前冲(Preshoot)、波形后的过冲(Overshoot)或波形上下震动的振铃(Ringing)等现象。在测量短过渡时间的数字电路信号时,这是很理想的特性。

    模拟示波器必须将输入端输入的数mV微小电压信号经过几级的放大电路,变换成数百mV的电压,以确保足够驱动CRT显示。这些放大电路的频率反应特性正是高斯型的。

    而在测量高速串行接口的波形时,一般采用实时采样方式的宽带数字示波器,这类示波器多采用砖墙反应型的应答系统。

    砖墙反应型的应答特性又称“最高平坦应答”,在频带内频率响应极为平坦,而到了频带外的转降(Roll-Off)时,信号相当陡峭。像这样理想的频率特性,在频带内的信号振幅是不会有衰减现象发生的。超过频带之外,信号振幅就成为零。

    与高斯反应示波器相比,砖墙反应型示波器还是有几个缺点:

    对于输入步级波形的反应,容易出现前冲或过冲波形

    示波器上升时间较长,换言之,就是反应比较慢

    这里所说的示波器上升时间,是指步级输入对应到输出波形的上升时间。这个时间越短,代表示波器越能忠实地展现出从输入连接器端测量到的波形。

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