你選擇了最合適的示波器么?

接下來(lái)我們就來(lái)看看的Acquisition界面。

這個(gè)界面所展現(xiàn)出來(lái)的一個(gè)很重要的優(yōu)勢(shì)在于，這臺(tái)示波器對(duì)每個(gè)通道可以同時(shí)顯示當(dāng)前通道在三種測(cè)量模式（普通模式，峰值檢測(cè)，高分辨率）下的波形，同時(shí)每個(gè)波形還允許套用一個(gè)自選的波形算法（比如對(duì)于峰值檢測(cè)模式，就可以套用一下包絡(luò)檢測(cè)或者幅度解調(diào)，直接將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的峰值包絡(luò)抽取出來(lái)）。再?gòu)?qiáng)調(diào)一下，以上計(jì)算和顯示都是同時(shí)的，是對(duì)同一信號(hào)采取不同波形算法計(jì)算顯示的波形，便于更好的理解區(qū)分不同波形算法的含義。結(jié)合前面高自由度的波形顯示界面，這些結(jié)果都能夠同時(shí)顯示在屏幕上，主次分明，一覽無(wú)余。使用者再也沒(méi)有必要到處尋找復(fù)雜的菜單在各種抽取算法或者波形算法中設(shè)置相應(yīng)算法。

2 硬件

好的軟件界面需要靠好的硬件支撐，比如上面同時(shí)顯示一個(gè)通道的三種采樣模式外加三種波形算法的示例，如果沒(méi)有強(qiáng)大的算法硬件加速能力，而是交給CPU軟件計(jì)算實(shí)現(xiàn)的話，處理速度非常慢，基本是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)然，硬件的強(qiáng)大更多體現(xiàn)在一些指標(biāo)性的東西上，比如噪聲幅度等。然而，就像筆者前面說(shuō)的，本文的主旨是從易用性角度分析這臺(tái)示波器，所以與易用性無(wú)關(guān)的硬件改良我就先不涉及了。

2.1 全帶寬下輸入靈敏度仍然可以達(dá)到1 mV/div

有人可能會(huì)覺(jué)得，一上來(lái)就提了個(gè)似乎和易用性關(guān)系不大的硬件參數(shù)。然而，正是這個(gè)指標(biāo)的提升，使得很多小信號(hào)的測(cè)量變得十分簡(jiǎn)單。

以前，將示波器調(diào)整到較高的靈敏度時(shí)，往往會(huì)暴露幾個(gè)通?。河械氖羌償?shù)字放大，不提升信噪比；有的會(huì)自動(dòng)限制帶寬，高頻信號(hào)一下子就消失了；有的則顯現(xiàn)出了糟糕的基線漂移。

輸入靈敏度能提高，就需要有高增益的模擬信號(hào)放大器，而放大器增益變高，其帶寬就很容易受限制；除此之外小信號(hào)測(cè)量時(shí)的噪聲水平也是個(gè)關(guān)鍵。這些限制正是產(chǎn)生上面這些通病的原因。而羅德施瓦茨的這臺(tái)RTO則真正把這些限制都突破了，實(shí)現(xiàn)了全帶寬下1 mV/div的輸入靈敏度。所以現(xiàn)在，測(cè)量小信號(hào)時(shí)，幾乎不需要考慮任何的優(yōu)化，直接將輸入靈敏度調(diào)到最高即可。筆者認(rèn)為這正是對(duì)易用性的極大提升。

2.2 基于數(shù)字下變頻的快速傅立葉變換

各位可能有過(guò)這樣的經(jīng)歷：打開(kāi)示波器的頻譜分析功能，為了提高頻譜的分辨率（Resolution Bandwidth, RBW）而在不減小采樣率的情況下盡可能延長(zhǎng)采樣時(shí)間，直至內(nèi)存占滿，然后開(kāi)始漫長(zhǎng)的等待，過(guò)了十幾秒鐘終于看到頻譜刷新了一幀。頻譜分析處理速度之慢，不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試分析。

通過(guò)基于硬件加速的數(shù)字下變頻功能，RTO將內(nèi)部頻譜分析采用DDC和overlap FFT先進(jìn)技術(shù)，快速準(zhǔn)確分析信號(hào)細(xì)節(jié)。數(shù)字下變頻的加入以及相應(yīng)的性能提升確實(shí)讓該示波器的頻譜分析功能變得十分實(shí)用。更值得一提的是，由于這一切都是基于實(shí)時(shí)的信號(hào)采集，信號(hào)的瞬態(tài)時(shí)域信息都被采集下來(lái)了，所以這并非一臺(tái)示波器和一臺(tái)頻譜儀的簡(jiǎn)單結(jié)合，而是一臺(tái)能夠在時(shí)域和頻域進(jìn)行協(xié)同混合分析的設(shè)備，與泰克的混合信號(hào)示波器側(cè)重點(diǎn)不同，但卻有著異曲同工之妙。

下圖是一張頻譜分析功能的演示，采樣率是10 GSa/s，對(duì)應(yīng)的Nyquist頻率范圍就是DC - 5 GHz （不過(guò)，當(dāng)前這臺(tái)示波器的標(biāo)稱帶寬是2 GHz，RTO系列最大能到4 GHz），設(shè)定的RBW最小可以達(dá)到300 KHz（這個(gè)數(shù)值是很多真正的頻譜儀的默認(rèn)值，在當(dāng)前這個(gè)頻率范圍下已經(jīng)相當(dāng)實(shí)用）。上述這些設(shè)置，在傳統(tǒng)的示波器上，，刷新速率是相當(dāng)慢。但是在RTO上，卻能夠做到準(zhǔn)實(shí)時(shí)刷新，配合小信號(hào)模式下較低的Noise Floor （RBW = 300 KHz時(shí)，Noise Floor在-95 dBm左右），甚至可以在一定程度上代替實(shí)時(shí)頻譜儀。

2.3 10 GSa/s的單核ADC帶來(lái)的純凈頻譜

大家都知道，高速ADC的一種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)是將多個(gè)模擬帶寬較高，但是采樣率較低的 Time interleaved ADC 連接在一起，彼此錯(cuò)開(kāi)一點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)較高的采樣率（比如250 MSa/s的ADC，320個(gè)放在一起，每個(gè)錯(cuò)開(kāi)12.5 ps采集，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)80 GSa/s的采樣頭）。這種做法有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)：由于這些ADC本身的不一致性，采樣結(jié)果本身在交界處容易出現(xiàn)偏差，而這一偏差會(huì)以 250 MHz × N 為周期重復(fù)，在頻譜上就表現(xiàn)為，從直流開(kāi)始，每隔250 MHz，就會(huì)有一個(gè)諧波出現(xiàn)，直到40 GHz的Nyquist頻率。于是在小信號(hào)測(cè)量時(shí)，頻譜變得就像是梳狀譜，信號(hào)很容易被同頻的干擾掩蓋。事實(shí)上，這給調(diào)試工作帶來(lái)了極**煩，很多時(shí)候?yàn)榱藚^(qū)分一個(gè)頻率點(diǎn)是來(lái)源于干擾還是示波器本身，就比較難以分辨。

為了避免這一問(wèn)題，羅德施瓦茨使用了單個(gè)采樣率達(dá)到10 GSa/s的單核ADC來(lái)采集信號(hào)。底噪做的更低，雜散波分量較小。

如下圖為測(cè)試單音10M的信號(hào)，示波器開(kāi)在1 mV/div檔上，頻譜分析功能的參數(shù)和上面一樣

除此之外，還有其他的一些硬件功能上的改良，比如百萬(wàn)波形捕獲率的實(shí)現(xiàn)，或者是數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)的引入，觸發(fā)抖動(dòng)最小可以到50ps。這些功能有的并非獨(dú)有，有的官方已經(jīng)重點(diǎn)宣傳，在這里就不予展開(kāi)了。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分別從軟件和硬件方面分別作了分析，介紹RTO示波器在使用操作上的便捷性。總體來(lái)說(shuō)，羅德施瓦茨的RTO系列示波器延續(xù)了德國(guó)人一貫的扎實(shí)作風(fēng)，并從軟件和硬件兩方面顯著提升了示波器作為調(diào)試設(shè)備時(shí)的易用性，不失為讓人激動(dòng)的佳作。

對(duì)于該款示波器與競(jìng)品的分析，以及如何降低示波器的購(gòu)買(mǎi)預(yù)算，筆者近期即將發(fā)表另一篇相關(guān)文章，敬請(qǐng)關(guān)注。