安捷伦S系列示波器硬件设计解剖

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。