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安捷伦S系列示波器硬件设计解剖

时间:08-28 来源:mwrf 点击:

个人认为图1中S系列示波器捕获板圈起来的"新的校验滤波处理FPGA"的位置是错的(这个图是来自美国研发部门),这个FPGA应该与以前示波器一样, 在ADC后面,执行内存管理,校验滤波处理,显示刷新加速处理等功能。现在多了一个FPGA,应该未来有更广泛的用途,比如:执行FFT运算,抖动测量运 算,函数运算,DDC运算等(只是猜想)。不论如何,S系列示波器更注重使用硬件FPGA进行复杂运算。

按照技术手册上给的说明,现在这些数字信号处理功能包括:硬件加速显示处理(在深内存时,加快缩放时波形更新的速度);频响校验滤波处理;示波器内部可控 的带宽限制滤波器(从500MHz带宽到示波器带宽);支持1-3通道和2-4通道的差分处理;执行去嵌入处理(包括:InfiniiSim,精密探头, 均衡)。

频响校验滤波是非常重要的,下面做个简要说明。图9-1中是正常的硬件的频响,包括幅度响应和相位响应,硬件设计没法做到理想化。直接使用存硬件对信号的影响可由右边图看出来,会导致波形的失真(相位响应更易产生这样的结果)。


图9-1 硬件幅度响应和相位响应

通过执行校验滤波器,使得幅度响应和相位响应达到比较理想化的状态,相应波形失真较小,比较好的显示出了原始波形(如9-2的右边图所示)。



图9-2 通过校验滤波处理后的幅度响应和相位响应

S系列示波器各种型号校验后的频响如图10所示,都达到了比较好的平坦响应的状态。



图10 S系列示波器各个型号的频响

4. 精密时基

S系列示波器使用了新一代的时基(恒温晶体振荡器OCXO),校准后,这个晶体振荡器的精度可达+-100ppb(parts per billion,不是million),使得深内存时的高精度测量得到保证,抖动测量本底的仪器注入抖动达到100fs。


图11 新一代精密时基(OCXO)

图12是业界同类仪器的时间精度对比表,可见S系列示波器的时基精度达到了新的数量级,而且是标配的指标。



图12 业界同类仪器时基精度对比

在这么高的时基精度下,图13给出了测量不同正弦波的抖动测量本底(抖动测量本底与噪声、信号斜率和采样子系统即仪器注入抖动相关,为:sqrt((噪声 /斜率)^2+采样子系统抖动^2)。图中输入正弦波的幅度是725mv,仪表设置为120mv/div,时基范围设置为10us。



图13 TIE VS 频率(抖动测量本底)

在软件界面和应用这一块,S系列示波器继承了Z系列示波器(或离线软件)的操作软件人机接口界面,和以前的从物理层到协议层的超过30个应用选件,在此不作一一介绍了。

S系列示波器作为新一代示波器的技术突破点主要是:1)使用10位ADC;2)2倍好的信号完整性:足够低的噪声本底,更高的有效位ENOB和SFDR, 更低的仪器注入抖动到100fs;3)垂直灵敏度范围低达2mv/div;4)标配50Mpts/100Mbps存储深度,最高400Mpts /800Mpts存储深度;5)2级硬件触发+infiniiScan触发;6)标配可拆卸SSD,电容触摸屏,降噪滤波器。

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