前语
现代电子规划面对越来越多的应战。在数字范畴，电路的集成规划越来越大，IO数量越来越多，单板互连密度不断加大；一起芯片内和芯片外时钟速率越来越高，信号边缘越来越快；新技能不断呈现，如：PCI Express，Serial ATA，1394B，Fibre Channel，Rapid IO，XAUI，5G~6.25G高速背板等，这样体系和板级的高速问题，信号完好性问题，电磁兼容问题愈加杰出。在射频、微波范畴，新技能的呈现、频宽的扩展，如：UWB，高精度、宽频雷达，给咱们的体系规划带来越来越多的应战。
示波器作为最常用的测验剖析东西，也得到了长足的开展。示波器的开展有两个趋势，其一是功能的提高。自从Agilent在20世纪80年代推出数字示波器后，数字示波器不断开展，从上百兆开展到上千兆，再开展到6GHz带宽、20GSa/s的采样率，一向到现在的高达13GHz带宽、40GSa/s实时采样速率的超高功能示波器，示波器的功能上取得了跳动的开展。另一方面，跟着Windows操作体系在示波器上的运用，示波器的可用性和软件剖析才干也取得了巨大的开展，比方现在的示波器大多选用敞开的Windows XP Pro操作体系，装备多种测验剖析软件，如：颤动测验剖析软件，串行数据测验剖析软件，PCI Express等一致性测验剖析软件，能够把示波器的剖析从时域扩展到频域、解调域、数字域的矢量信号剖析软件89601等，这成为数字示波器的另一开展趋势。
而衡量数字示波器的目标许多，难免让人分不清主次，实际上最主要的但却较笼统的衡量标准是信号保真度（Signal Fidelity），信号保真度简略说便是示波器显现的波形和被测波形的一致性。由于波形从被测点到显现在示波器的屏幕上要经过数字示波器的各个环节，而每一环节都有或许对信号发生影响，因此数字示波器要完成高的保真度是一件比较困难的事。示波器影响信号保真度的几个主要要素由图1所示：探头衔接部分带宽，探头带宽，示波器带宽和频响，示波器采样率。示波器体系的信号保真才干或叫体系带宽由链路中的最弱环节决议，比方一个6GHz带宽，20GSa/s采样率的示波器假如装备3.5GHz带宽的探头体系，那么整个示波器体系的体系带宽最多只要3.5GHz。下面从这几个方面探悉数字示波器的信号保真度。
图1：影响示波器信号保真度的几个要素
探头体系
说到示波器不得不说到示波器的探头体系（包含探头衔接附件和探头自身），是探头体系把被测电路的信号引进到示波器内部，如图2所示。这样探头体系的好坏直接决议了引进到示波器内的信号与自身信号的一致性，而一起探头体系也成为了被测电路的一部分，有必定的负载效应，探头的负载特性体现在三个方面：探头的输入电阻，电容和电感。
图2：探头是衔接被测电路与示波器的桥梁
探头的输入电阻会影响被测信号的起伏和直流偏置，由于探头输入电阻有分压效果。假如要求起伏测验差错小于10%，则探头的输入电阻要求大于10倍的被测源电阻。探头的输入电容会影响被测信号的边缘和传输延时，边缘的影响因子为2.2RC（R为探头的输入电阻和被测源电阻的并联值，C为探头的输入电容值）。探头的电感效应主要由接地引线所引起，一般接地引线1mm能够发生1nH的电感值，对信号的影响主要是示波器显现的信号有振铃现象。
探头分为有源探头和无源探头，无源探头分为低阻无源探头和高阻无源探头，高阻无源探头运用较广，可是带宽一般约束在600MHz以内，输入电阻和输入电容都较大。现在数字信号的信号速率越来越高，许多超越千兆的信号，这些信号的测验需求高带宽的有源探头，对差分信号还需求有源差分探头。有源探头里边有放大器，输入%&&&&&%能够做到很小（比方小于1pf），输入电阻也能够做到几十K欧姆，这样能够保证对被测信号影响满足小。有源探头的衔接部分是十分要害的，会对探头体系的功能有很大的影响，为此一些特别规划的有源探头横空出世，比方取得EDN杂志年度产品立异大奖的InfiniiMax探头体系，规划了各种衔接附件，SMA差分衔接、点测、插孔、焊接等保证勘探的灵活性和可靠性，一起每种附件能够保证满足高的带宽，衔接附件的带宽居然能够到达12GHz，如图3所示。
图3：InfiniiMax探头体系和一些衔接附件
示波器带宽和频响
信号经过探头体系进入示波器今后，示波器哪些部分对信号保真度影响较大呢？图4是数字示波器的参阅体系结构，信号进入示波器后，首先是进入衰减器，然后进入前置放大器，他们协同作业，让咱们能够很便利调整示波器的笔直分辨率。当然衰减器之前还有继电器，在起动示波器时以及按主动设置和调整笔直分辨率时作为快速切换校准运用。
示波器继电器现在有两种技能，一种是电子继电器，一种是机械继电器。运用机械继电器的示波器需求留意一点，当按主动设置键或调整笔直分辨率时，继电器开关切换，很有或许向示波器端口反向输出负脉冲，起伏能够到达-15V，假如直接用电缆衔接到电路上，这对被测电路或许有很大的损伤。电子继电器是一种新技能，处理了这方面的问题。判别一台示波器是运用电子继电器仍是运用机械继电器，其实十分简略，只要按主动设置键(Autoset或Autoscale)，听一下有没有“啪”“啪”“啪”的声响即可，有声响则是机械继电器，无声响则是电子继电器。
图4：数字示波器参阅体系结构
咱们所说的示波器的模仿带宽指的是前置放大器的带宽。示波器的带宽是这样界说的，放大器的频响曲线滚降到-3dB处的频点，便是示波器的-3dB带宽，简称带宽。所以一台6GHz带宽的示波器丈量一个6GHz的正弦波，起伏必定会下降到-3dB（约下降30%）。并且，你会发现不只仅在带宽处会下降起伏，低于带宽处也或许会影响起伏。为此，现代高带宽数字示波器主要有两种频响方法，如图5所示，一种是传统的高斯频响方法，一种是Flat频响方法。传统的高斯频响方法，在-3dB带宽内对信号频谱有必定的影响，在-3dB带宽外，会拖出一个较长的尾巴，这样使得后边的ADC需求更高的采样率才干保证不发生频率混叠。Flat频响方法有必定的改善，在-3dB带宽内对信号的频谱起伏影响相对较小，而在-3dB带宽外，留的尾巴相对较少，当然Flat频响还不能到达砖墙频响的理想境界，可是已经是很大提高了。
图5：传统示波器的高斯频响方法与Infiniium示波器的Flat频响方法
