DSO中的内插技术 (数字示波器重要功能的使用)

为什么要做这种简单的测试工作？

如果认真考察一下在DSO重复触发重复信号时采集的样点，您将看到采样相位变化。采样相位是实际采样点距触发位置的变化。

某个采集的采样相位取决于触发时间与内部示波器采样时钟之间的关系。由于输入波形和示波器采样时钟不相关，除非常在特殊情况下，否则采样相位实际上是随机的。如果想绘制从触发到第一个样点之间的时间的直方图，您会发现它在0个采样周期与1个采样周期之间构成了均匀分布。

由于采样周期是随机的，因此重复触发余辉中的波形将导致示波器在测量期间对波形中所有可能的位置采样。只要填充余辉曲线的点是实际样点，那么示波器将生成实际模拟波形随时间变化的图片。我们以此为参考。

对每次采集提供的样点，示波器把内插的点放在实际模拟波形上的能力决定着内插的有效性。换句话说，在任何给定的采集上，内插的点应落在实际模拟波形上，而不管采样相位如何。

这是使用MathCAD电子表格的应用的测试图片。连续波形的线性度与特定设备有关，上升沿跳变时间为100 ps，采样率为10 GS/s。它以10个不同的采样相位采样连续波形，通过SinX内插把连续波形扩大10倍。重叠的曲线显示了预计的劣化。通过使用此类技术，可以以数学方式确定内插的效果。此外，可以确定这一环境中的测量效应。例如，通过绘制50%交叉时间的直方图，可以以量化方式确定抖动劣化。

部分简单的试验

我们使用三种竞争的DSO进行简单的试验，其分别是力科Wavemaster 8620A、泰克6604和安捷伦54855A。这三种示波器的带宽指标都是6 GHz，最大采样率是20 GS/s。我们使用六种不同的信号和采样率组合，说明SinX内插算法的性能。


试验：
以20 GS/s采样率应用31 ps脉冲

力科WaveMaster 8620A，使用SinX内插 泰克6604，使用SinX内插
泰克6604，使用线性内插 安捷伦54855A，使用SinX内插

备注：
所有示波器在使用SinX内插时都展现很紧的余辉曲线，与没有内插时生成的余辉曲线匹配。由于31 ps边沿提供了示波器看到的任何边沿中最大的频率成分，这一结果表明对所有示波器，SinX内插在20 GS/s的最大采样率时最有效，而不管应用的信号如何。

安捷伦示波器在下冲中存在一定的信号保真度问题，与是否启动Sinx内插无关。

图中显示了泰克示波器的线性内插，展现了部分劣化。泰克示波器默认采用SinX内插，高速信号不应使用线性内插。

试验：
以10 GS/s采样率应用31 ps脉冲


力科WaveMaster 8620A，使用SinX内插 泰克6604，使用SinX内插
安捷伦54855A，关闭内插 安捷伦54855A，使用SinX内插

备注：
由于边沿的频率成分超过5 GHz的内奎斯特速率，力科和泰克示波器在SinX内插中展现出预计的劣化。

应该指出的是，在力科示波器上，在默认情况下会使SinX内插失效，因此用户不得不明确启动SinX，才能获得这个结果。在泰克示波器上，这个行为是默认的行为。在泰克示波器上，避免这一行为的唯一途径是在显示设置中选择"intensified samples"。

安捷伦示波器显示了令人混淆的结果。首先，10 GS响应与前面显示的20 GS响应完全不同。其次，内插SinX的响应显示了另一个完全不同的响应。在内插方面，令人惊奇的是，安捷伦示波器在启动SinX内插时可以生成很紧的余辉地图，而不管边沿是否包含超过5 GHz内奎斯特速率的频率成分。

试验：
以10 GS/s采样率应用3 GHz正弦曲线

力科WaveMaster 8620A，使用SinX内插 泰克6604，使用SinX内插
安捷伦54855A，关闭内插 安捷伦54855A，使用SinX内插

备注：
力科和泰克示波器没有展现预计的劣化，因为3 GHz正弦曲线远远低于5 GHz的内奎斯特速率。尽管泰克示波器在余辉曲线中显示了多条曲线，这被视为由于触发性能差而导致的，而不是内插导致的。

安捷伦示波器演示了完全不正确的操作，演示了错误应用内插。3 GHz波形大大衰减，应视为错误结果。解决方案是避免SinX内插，或一直以20 GS/s运行这一示波器。

试验：
以10 GS/s采样率应用4 GHz正弦曲线

力科WaveMaster 8620A，使用SinX内插 泰克6604，使用SinX内插
安捷伦54855A，关闭内插 p; 安捷伦54855A，使用SinX内插

备注：
力科和泰克示波器展现出预计的可预测的劣化，因为4 GHz正弦曲线接近5 GHz的内奎斯特速率。在这个频率上，泰克示波器很难生成稳定的触发。

安捷伦示波器演示了SinX算法完全失败。内插完全破坏了4 GHz波形。解决方案是避免SinX内插，或一直以20 GS/s运行这一示波器。

试验：
以10 GS/s采样率应用6 GHz正弦曲线


力科WaveMaster 8620A，使用SinX内插 泰克6604，使用SinX内插

备注：
这一试验不符合逻辑，因为6 GHz超过5 GHz的内奎斯特速率，但我们使用这一试验说明在SinX内插中止时会发生的情况。

只有力科和安捷伦示波器能够触发这一波形，但有一定难度，泰克示波器会自动触发。

力科和泰克示波器在算法中展现了可预测的分类结果。安捷伦示波器只能得到一条直线。这不是预计的行为。这是一种荒谬的情况，不论如何都应避免这种情况。

安捷伦54855A，使用SinX内插

试验：
20 GS/s时的6 GHz正弦曲线


力科WaveMaster 8620A，使用SinX内插 泰克6604，使用SinX内插

备注：
只有力科和安捷伦示波器能够触发这一波形，但有一定难度，泰克示波器会自动触发。

由于高采样率，力科和安捷伦示波器展现了预计的完美SinX内插性能。泰克示波器在结果中显示了部分幅度调制，但这没有被视为内插结果，而是通道复用性能。如果没有生成稳定触发，很难确定这一劣化的来源。

安捷伦54855A，使用SinX内插