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混合信号示波器工作原理解析和性能介绍

2009/3/6/14:31 来源:电子产品世界

  逻辑分析仪有大量的输入,但不提供模拟能力,而且难使用。相反,示波器工作是直观的,但示波器通道数不超过4个。混合信号示波器(MSO)解决逻辑分析仪和示波器的基本难题。MSO以熟悉的示波器格式13提供模拟和数字通道。

  MSO是10年前由HP公司首次推出。比仪器集成了带16个逻辑定时通道的两个或4个一般示波器通道。此后,不少公司推出自己的MSO。例如,LeCroy公司的MS系列MSO,Yokogawa公司的Model DL 9710L,Tektronix公司的MSO4000系列(见表1)。

  设计平衡

  MSO不是逻辑分析仪。当今的逻辑分析仪可以达到100个通道以上,用来解决专门的设计问题。对于MSO而言,重要的是它是一个快速被工程技术人员采用的比较简单的仪器。显然,100个通道太多。Agilent公司提供16通道MSO,LeGroy的MS-500-36是36通道MSO,Yokogawa以32通道做为MSO标准。

  表1 一些公司的MSO

 

  数字通道可分为显示和触发总线。一个使用方便的特性是在一个以上的总线组中,包含给定通话。此特性允许对一些通道的定时与共同信号进行比较。

  以故障总线的形式检查几个相关通道可较大地简化很多同时扫描的显示,而且不丢失信息。YokogawaMSO提供一组数字通道的计算DAC功能,产生逐次数字总线值的多电平波形表示。TektronixMSO提供跨并行总线的多通道配置和保持检验。

  DSO(数字存储示波器)具有串行总线译码和触发功能,而MSO是基于DSO基础上,它也具有这些重要功能。四个制造商提供的MSO一个或更多示波器模拟通道可用于此目的。总线处理包括I2C、CAN、SPI、UART、RS-232、FlexRay和LIN。

  LaCroy公司的MS系列MSO,也像AgilentMSO那样,数字通道可以执行所有串行总线译码和触发功能。Yokogawa的MSO,对于I2C和SPI具有这种能力。TekTronix在这方面,MSO和DSO之间没有什么区别。

  根据状态和图形触数,触发可跨接20个以上通道。Agilent的Infinium8000系列,用于特定图形或状态触发设置的模拟、数字通道组合没有限制。

  然而,所有4个制造商的数据手册中,都没有给出数字和模拟通道之间干扰的数据。

  性能

  MSO为模拟和数字通道之间的定时关系提供有价值的信息。但需要考虑一些工作限制。

  理想的MSO应提供至少20个尽可能一致的通道。模拟通道需要一个用于高输入阻抗、快速、高分辨率ADC的灵敏前置放大器。数字通道必须具有足够带宽、快速比较器。这种结构的目的是在ADC和比较器后,同等地处理数据信号。唯一的差别是数字输入的一位分辨率对模拟通道的n位分辨率。

  现在,MSO的数字输入和模拟输入具有不同特点。TektronixMSO最大所允许的电压范围是±15V;AgilentMSO是±40V峰值CAT1;此CAT1限定,意味着瞬态过压性能不包含在Yokogawa的非限定±40V额定值。LeCroy的MS-500具有最大±30V额定值。

  输入阻抗也不同于模拟通道1M?。Tektronix标定为20K?,Agilent为100K?//8pF,LeCroy为100K?//5pF。Yokogawa 100MHz带宽型701980提供1M?//10pF阻抗,250MHz型701981提供10K?//9pF。

  Agilent和Tektronix标定可以采集的最宽度脉冲为1.5ns(Tektronix)和2.5nx(Agilent Infiniium8000系列)。此宽度所对应的带宽分别为330MHz和200MHz。

  LeCroy提供3个MS系列型号:MS-500具有18个数字通道,500MHz带宽,2Gs/s最大取样率;MS-500-38提供500MHz带宽,1Gs/s最大取样率和一半的存储器大小;MS-250具有250MHz带宽,1Gs/s最大取样率和每个通道10M点存储器(MS-500和MS-500-36为50M点存储器)。

  标准逻辑家族的不同阈值是可选择的,根据需要可以编程定制阈值。Agilent、yokogawa和LeCroy的MSO,每个逻辑通道仅一个阈值可选择。Tektronix支持每道阀值选择和编程。

  除了这些特殊的硬件差别外,所有MSO结构在模拟和增加的数字通道间有一个缝接。MSO简化框图示于图1,但没有示出各个部分的相互影响。关于缝接和引起的问题取决于MSO的特殊型号和如何使用MSO。

  混合取样率

  MSO如何处理混合取样率,若同时希望显示模拟通道和数字通道,当模拟取样率增加到大于模拟通道和数字取样率时,会发生什么情况?这对于Tektronix、Agilent Inflniium和LeCroy的MSO是一个共同的问题。Yokogawa的DL9710LMSO,对模拟和数字通道保持同样的最大取样率和跨接所有通道的共同6.25MW存储器大小。

  Agilent和Infiniinm8000系列MSO,以最大1Gs/s速率取样数字通道、以2Gs/s或4Gs/s取样模拟通道。6000系列MSO以2Gs/s取样8个通道或以1Gs/s取样8个以上通道。6000系列MSO共用模拟和数字通道的存储器,但Infiniinm8000不能。这两款MSO系列,数字和模拟通道的捕获时间相同,而模拟和数字存储器大小之间的关系是自动调节的。
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