高精度示波器的实现方法-绵羊汽车生活记录

自从20世纪70年代中期浮现第一代数字存储示波器以后，8位笔直离别率就成为示波器的法式筑设，对此咱们都怨言过，但咱们没有太众事变能够做，现正在，高清或高离别率示波器商场浮现了忽然的产生，少许厂商正在1GHz或更高的带宽下声称有了10位，12位乃至16位离别率，哪些咱们能够自信呢？你奈何领略你是否也许取得广告声称的功能？高清和高离别率有什么区别？

你还记得惟有一家汽车公司临蓐四轮驱动（AWD）汽车时吗？现正在，相似每个筑制商都能临蓐AWD汽车，他们功能相通吗？数据显示“不，他们此中良众都是轻易的“仿冒”安排，看待某些人来说，正在少许不太苛刻的条目下，如许的汽车也许呈现得足够好，可是借使你要开车去山上滑雪，你也许必要最好的AWD，如许纵然途况特殊卑劣，你也不会受伤，借使最好的AWD的本钱不高于功能不太好的AWD，那么为什么你不去采选最好的？

这和咱们目前高清和高离别率示波器的环境好似，很众示波器体例声称具有高离别率，但与标称的带宽、采样率和通道数目分歧步，这意味着它们不是真正高离别率的示波器 – 它们是运用软件后管束手艺竣工更高离别率的古板8位示波器，他们能够正在些不太苛刻的条目下为用户事务。

高清爽度和高离别率是各个示波器筑制商用于界说8位以上笔直离别率的可换取术语，这些术语自身并没有揭示为取得更高离别率所采用的底层手艺，以及与其相干的任何污点或所用方式的满堂质地。实质上，他们有时会运用极具误导性的方法殽杂示波器的实质功能。

示波器中的高离别率是通过低噪声高离别率硬件、软件后管束手艺或二者的某种组合取得的，看待种种安排方式有两个弗成支解的法则：

1. 当运用等效的软件后管束手艺来进一步改正硬件噪声和离别率时，高离别率硬件老是会取得更好的噪声功能和更高的有用位数。

2. 借使带宽和采样率要保留正在高规格下，要取得更低的噪声和更高的有用位数，则软件后管束手艺不行代替高离别率硬件。

专用软件后管束手艺，可竣工进步额定ADC的离别率（当高离别率/精度“形式”翻开时，低重带宽和采样率）

任何一种方式与其他任何方式比拟都没有素质上的差池，但软件后管束方式请求用户继承带宽和采样率的低重以竣工其声称的离别率，或者也许不具有与声称的离别率相似的噪声功能。借使这些折衷是已知的而且示波器用户能够继承，那么具有这些限度的任何安排方式也是可继承的。

工程师们期望他们的高离别率示波器也许以广告声称的带宽、采样率和通道数来供给广告声称的离别率，借使置备12位、4 GHz、4通道、10 GS / s的示波器，它应当永远同时满意全豹这些规格。

图1所示的雷达图是一种旁观这个的轻易方式，图中有四个分歧的坐标轴，判袂对应上述提到的各个目标（离别率，带宽，通道数和采样率），离别率显示为位和ADC电平，其比例与ADC电平成线 -雷达图表用于懂得示波器标称目标的互相影响

图2是由竣工方式3得出的12位离别率，4 GHz带宽，4通道，10 GS / s采样率示波器的示希图，绿色区域代表正在全豹四个轴上同时取得的功能，和咱们料念相似。

运用竣工方式1（采用8位搜聚硬件并举行软件后管束以取得更高离别率）的示波器的功能如图3所示，该示波器正在分歧的带宽或事务形式下功能分歧，功能的折中妥协也许会也也许不会以明白的方法显示给用户。

图4显示了竣工方式1示波器的功能怎么随离别率的提升而产生明显变革，从而导致带宽和采样率的低重，这一点与寄托古板8位示波器的软件后管束所预期的相似。

数字信号管束手艺（DSP）一经利用正在示波器中有一段时分了，用于种种滤波、频率相应、群时延和其他积蓄， DSP正在少许示波器中可用于改正噪声和提升离别率，像均匀、滤波

将众次搜聚到的信号均匀将大大低重随机噪声，越大数目的均匀将带来随机噪声的明显低重，可是信号必需反复的，以使该手艺也许事务。于是，这对单次搜聚没有任何用途，这正在单次搜聚的及时示波器中并不被以为是降噪的适用手艺，本相上，目前任何及时示波器筑制商都没有采用或执行这种手艺行动低重噪声和提升离别率的可行方式。

如前所述，很众ADC芯片蕴涵众个ADC，每个ADC具有分歧的信号途径，这些ADC定时分交叉以取得ADC芯片的标定采样率。借使每个时分交织ADC具有分歧的不相干噪声，那么将两个分歧的ADC信号途径均匀，并相应低重采样率，将相当于提升最众有用离别率0.5bit。借使两条途径中的噪声全体不相干，则能够最众提升0.5bit。借使两条途径中的噪声全体相干，则不会有任何的改正。

ADC采样均匀手艺能够对从存储器缓存器或位于ADC和存储器缓存器之间的FPGA读取的数据奉行均匀，无论怎么，数学结果将是相似的，虽然基于FPGA的方式能够更速运转。无论怎么，这些只是软件后管束的两种分歧竣工方法。

借使噪声是白噪声（正在示波器的带宽内平均散布），咱们将带宽减半，将取得3 dB（半个有用位）的噪声低重，这是Teledyne LeCroy运用的加强离别率（ERES）滤波器的道理，其他示波器筑制商也采用了好似的滤波手艺，虽然对可到达的功效有含糊的描写 – 每减半带宽，表面上不也许竣工> 3dB的噪声低重。

滤波手艺能够对从存储器缓存器或位于ADC和存储器缓存器之间的FPGA读取的数据奉行均匀，无论怎么，数学结果将是相似的，虽然基于FPGA的方式能够更速运转。无论怎么，这些只是软件后管束的两种分歧竣工方法。

全豹上述手艺都行使对噪声和频谱的优化来低重噪声并提升离别率，但带宽、采样率、通道数或全豹这些目标都有低重。应当留意的是，某些手艺并不直接削减带宽，可是借使带宽不会跟着该手艺的利用而低重，那么将不再满意SR：BW的奈奎斯特法式，如许信号也许会浮现混叠。“懂得示波器中的笔直离别率”中先容了竣工的细节以及表面上或合理预期的改经过度。表2总结了这些手艺及其对示波器功能的影响：

目前大大都示波器厂商现正在都正在执行标称具有高清或高离别率的示波器，图5显示了种种高离别率示波器产物线以及它们向商场宣布的大致时分表。

Teledyne LeCroy的种种HD4096高清手艺示波器以高离别率的功能引颈潮水，无论示波器的事务形式或筑设怎么，永远保留12位离别率。

Teledyne LeCroy 2011年率先推出WaveRunnerHRO 6 Zi系列（600MHz，2 GS / s，4通道，12位离别率）高离别率示波器，随后是4通道和8通道HDO系列示波器（HDO4000，HDO6000和HDO8000），正在带宽1 GHz时有2.5 GS / s采样率（现正在HDO“A”系列为10 GS / s）。WavePro HD系列是TeledyneLeCroy最新的高离别率示波器，带宽高达8GHz，20 GS /s（4通道10 GS / s）、4通道和12位离别率。自2012年以后，全豹Teledyne LeCroy高离别率示波器都采用了Teledyne LeCroy的HD4096高清手艺，HD4096手艺连合了低噪声前端放大器、12位ADC和低噪声体例架构，于是，12位功能是硬件安排固有的，而且通过运用ERES（示波器标配的加强离别率滤波器）能够竣工高达15位的离别率（以更低的带宽），这些示波器平台均遵守竣工方式3（或运用ERES的方式是3和1的竣工方式组合4），竣工方式3的结果是带宽、采样率和通道数目没有任何低重就能够竣工高离别率，如图6所示：

下图是力科 WavePro 804HD和某厂商的10bit 8GHz带宽示波器（赤色标识）的比力，能够看到WavePro 804HD正在标称目标上，永远保留12bit功能，而此厂商的示波器正在分歧的事务形式时，功能是分歧的，不出格留意，你很弄理会，目前示波器所处的状况。