Question

如何使用示波器测量差分信号 - 示波器基础知识100问（上）

Answer 1

23． 如何使用示波器测量差分信号？ 答：最好的方法是选用差分探头，这时测到的信号最为真实客观；若没有差分探头，可使用 两个差分探头接到示波器的两个通道上（如 Ch1， Ch2），然后用数学运算，得到 ch1-ch2 的波 形并进行分析，这时尽量保持两根探头完全一样，示波器两个通道的 Vertical scale （ 每格多 少伏）设置一样，否则，误差会较大。 24． 怎样用示波器测量出 USB 总线上的差分信号？ 答：USB 信号的测试分为 2 种情况： 第一种是需要进行符合 USB 组织定义 USB1.1/2.0 总线的物理层测试规范，只有通过 USB 一致性测试后方可打上 USB 标识。USB 物理层一致性测试分为很多个测试项目，主要是考察 USB 信号的信号质量如何，像 Signal Quality Test、 Droop & Drop Test、 Inrush Current Test、 HS Specific Tests、 Chirp Test 、Monotonic Test、 Receiver sensitivity Test、 Impedance Test （TDR） 等等。 第二种情况是仅观测 USB 总线上的信号，可以选择合适的差分探头连接到 D+， D-，直接进 行 USB 信号的观测。USB2.0 信号速度比较快，上升时间为几百皮秒，为了保证信号的包真度测试，需要选择大于 2GHz 的示波器和差分探头进行测试。 25． PCB 板上的高速信号特征：XAUI 接口3.125GBd 串行差分信号：60ps，请问需要 多高带宽的示波器才能精确测量？测量误差可达多少？ 答：对 XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信号，听起来有点象 InfiniBand 信号，用正弦内插的 方式，或类似等效采样的方式来采集，但由于本身带宽和触发抖动等因素，在其测量 100ps ~ 130ps 范围内的上升时间时，采用 7GHz 差分探头可保证误差《3%，对于《 80ps 的上升时 间测量，其误差会大于 10%， 虽然这已经是实时示波器中最好的方案，单就上升时间测量而 言，最精确的方案是安捷伦的网络分析仪（需配上物理层分析软件），因为其带宽可高达 50GH z。 26． 对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计，需要考虑哪些关键性的问题来降低相位噪声？ 答：在 ADC，DAC 的器件中衡量性能有很多项指标：象位数、转换速度、DC 精度、开关性 能、动态性能（SNR， SINAD，IMD）等等。 27． 对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计，怎样测量相位噪声？ 答：从示波器的角度来看，可以测试 ADC，DAC 的模拟和数字信号的幅度，时间，转换后的 信号质量，转换速度，时钟和数据的建立/保持时间等参数，还可以通过 TDS 示波器中的高 级运算功能（频谱分析功能）来定性测量 SNR，SINAD 等参数。 28． 由于可能需要引入外界的时钟，这样时钟存在2 选1的问题，此时用什么方案才能 使相位噪声的恶化最小？ 答：首先要分析抖动产生的来源，示波器来分析抖动是一个很好的工具，目前可以使用 TDS5000B/6000B/7000B 系列示波器配合抖动分析软件进行彻底抖动分析，象确定抖动（Dj）， 随机抖动（Rj），Rj 和 Dj 的分离，最后通过分析造成抖动的原因来消除抖动。 29． 在示波器上看波形时，用外触发和自触发来看有何区别？ 答：示波器的通常触发是边沿触发，其触发条件有 2 个，触发电平和触发边沿；即：信号的 上升沿（或者下降沿）达到某一特定电平（触发电平）时，示波器触发。 示波器只有在信 号自触发有问题的时候才会使用外触发，没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是， 信号比较复杂， 有很多满足触发条件的点，无法每次在同一位置触发，从而得到稳定的显 示。这时需要使用外触发。举例如下： 观测上面的信号，由于 ABCD 各点都会触发，示波器显示波形将不能稳定。这时可以使用 下面的信号作为触发信号，示波器将得到能够全部周期的显示。 30． TDS3032B 的带宽是 300MHz，采样频率为 2.5G/s，采样频率为带宽的 8 倍。请问带宽和采样频率之间有什么固定关系？我们也有一款其它厂家的示波器，带宽 100MHz、 采样频率只有 200MHz。为什么两个示波器的带宽采样频率比相差这么大？ 答：带宽是示波器最重要的指标，因为在数字示波器中有 ADC，它的采样率理论上需要满 足 Nyquist 采样定律，即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采 2 个点，否 则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素，比如波形的重构算法等。泰克示波 器采用先进的波形重构算法，被测信号的每个周期只需要 2.5 个点就能够重构波形。也有的 示波器采用线性插值算法，可能就需要 10 个点。一般采样率是带宽的 4－5 倍就可以比较准 确地再现波形。 泰克的 TDS3000B 系列是“实时采样”示波器，即，它的单次带宽（捕获单次信号的能力） ＝重复带宽，您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到 100MHz，您可以看一下它的指标。 31． 示波器指标中的带宽如何理解？ 答：带宽是示波器的基本指标，和放大器带宽的定义一样，是所谓的－3dB 点，即，在示波 器的输入加正弦波，幅度衰减为实际幅度的 70.7%时的频率点称为带宽。也就是说，使用 100MHz 带宽的示波器测量 1V，100MHz 的正弦波，得到的幅度只有 0.707V。这还只是正 弦波的情形。因此，我们在选择示波器的时候，为达到一定的测量精度，应该选择信号最高 频率 5 倍的带宽。 32． 测量系统的总带宽如何获得？