多通道高带宽同步采集系统

提前或延后，从而使幅度噪声转换为时间抖动，如图5，转换关系为dt=dv÷SlewRate，这意味参考时钟摆率越小，同样幅度噪声引起的抖动更大。

图5幅度噪声转换为时间抖动

因为低频参考时钟进入示波器后还需要经过PLL倍频才能作为ADC的采样时钟，所以多台示波器同步方式的时钟结构是如图6，一个参考时钟同时输入到多个PLL，

图6多台示波器同步方案的时钟拓扑结构

一方面PLL倍频会加重时钟的抖动。另一方面由于多个PLL输入并联在一起，它们之间相互干扰，也会加重时钟抖动。
总结一下多台示波器同步方式的时钟抖动性能：外部输入的低频参考时钟容易受干扰，并且多个PLL倍频会加重时基时钟的抖动，最终影响各个通道之间的同步精度。

2)触发信号偏斜和抖动

为了使每台示波器在同一时刻采集数据，必须同时触发，需要一个共同的触发信号通过电缆、探头或者其他电路网络输入到各台示波器。触发信号传播网络的延迟差异显然会导致触发信号到达各示波器的时刻有偏斜，如图7虚线所示路径。而且每台示波器的触发电路都有触发抖动（Trigger jitter）。单台示波器的4个通道由一个触发电路控制，即使触发抖动再大，4通道之间没有相对触发抖动。但多台示波器就有多个触发电路，各触发电路的抖动又不相关。考虑一个最坏情况，在一次采集中，一台示波器的触发抖动是1ps，另外一台可能是-1ps，那么这两台示波器通道之间因为触发抖动产生的时序偏斜就有2ps。

图7多台示波器触发信号的偏斜

3)信号通道偏斜
信号从进入示波器输入接口，经过前端模拟电路，到达ADC，这一段行程需要一定传播时间，一台示波器各个通道的信号传播时间不可能完全一致，多少有一些差异，一般较小。但不同示波器之间的通道偏斜可能很大。

以上影响同步精度的因素，有的是静态误差，有的是动态误差，总结如下：

静态误差一般可以通过校准方式来消除，而动态误差难以消除。对于单台示波器，时钟抖动可以控制得比较小，触发抖动也可以不计，但在多台示波器同步方式下，时基时钟的抖动将显著提高，触发抖动也不能忽略。
试验4台某品牌示波器组成的20GHz带宽、16通道同步采集系统，经过校准后，在任意两个通道输入同相、高信噪比、低抖动的6GHz正弦信号，测量其相位差。多次测量的标准偏差超过9度，相当于两通道之间时序抖动的有效值为4.17ps。在某些应用中，采集系统引入此程度的误差已经不能接受。

与多个单台示波器不同，LabMaster由一个主控模块和若干采集模块构成，每个采集模块可提供4个采集通道。如下图，是1个主控模块和5个采集模块配置在一起组成的20通道采集系统。主控模块通过两套电缆与各个采集模块相连。一个是时钟分配网络（图中的ChannelSync）,一个是数据和控制网络。

图 8 LabMaster结构图

LabMaster时基和触发电路的结构如图 9，它具备两个重要的特点：

1）每个采样模块的参考时钟来源于主控模块。一个专门的时钟分布网络ChannelSync，直接把10GHz时基时钟分配到每个采集模块，整个系统只有一个时基电路。ChannelSync采用了高稳相电缆，对信号的保真度高。并且由于时基时钟频率高、摆率大，受幅度噪声的影响小。

图 9 LabMaster时基和触发结构

2）所有模块的每个通道都由主模块的触发电路控制，即使这个触发电路有触发抖动，也不影响通道之间的相对时序关系。

从上述结构特点可以看出，LabMaster本质上就是一个单台示波器，避免了多台示波器同步方式的种种弊端。用这套示波器系统按前述同样的方法来评估，通道之间相位差的标准偏差只有1.1度，相当于509fs的时序抖动，同步精度大大优于多台示波器同步方式。
三.结束语
搭建多台示波器实现的多通道采集系统，实际是一个测试系统的集成，除了需要配置参考时钟源、时钟分配网络、触发信号分配网络以外，往往需要一台计算机对每个示波器进行程控。更复杂的是，需要一个校准系统来完成前文提到的静态误差的消除。这个系统的集成过程不仅复杂，使用也很繁琐。而LabMaster本质就一个单台仪器，无需额外的系统集成就可以使用，并且自带校准源，可以很方便地进行校准。
因此对于需要多通道、高带宽、高采样率、高同步精度的应用场合，LabMaster无疑是目前业界唯一的选择。

参考文献
[1] ChannelSync White Paper. LeCroy Corporation.
[2] LabMaster 9 Zi-A Oscilloscope Getting Started Manual. LeCroy Corporation.