40GSa/s实时采样新示波器带来哪些测量新变化？part 3

Q:现在电信设备上面，10Gbps的电信号基本上算是最高的了，你们最好的配置在这种信号下表现如何？探头在10GHz下的负载效应如何？
DSO81204A与DSO81304A对10Gbps的信号是可以测试的（但是边沿误差稍大，30ps上升时间的10Gbps的数字信号边沿误差约为10%，40ps上升时间的10Gbps信号边沿误差约为5%），我有实际测试的波形，如果你需要，我可以发给您看一看，我的邮箱：deng-liang_sun@agilent.com.
我们的探头系统有多种连接附件，SMA差分探头，点测探头，插孔探头，焊接探头等（都为12GHz带宽，用在DSO81304A上，有补偿功能，系统带宽是13GHz），SMA输入电容小于0.15pf，其他输入电阻50Kohm,输入电容0.21pf，测试10Gbps的信号也是可以的。
可否告知您的联系方式，以便我们去拜访您，我的Email地址是ji-wei_du@agilent.com,我手边有以前测试的结果保存下来的屏幕，但实测更有说服力。
顺便说一下，我们的实际测试经验是用ParBERT产生一10Gbps的PRBS,再使用一边沿限制器将边沿限制到47ps (20％-80％)左右.
这时测得的眼宽是89ps，眼皮峰峰值是50mV，注意这时，被测对象的三次谐波已经超过示波器带宽，但眼睛的张开度依然很好。
实际上，10Gbps的信号，并非完全的方波了,因此不需要完全按照3倍的谐波来算。
能否告知您的10Gbps信号的上升时间(在1010码流的条件下)？
我以前接触到的10Gbps数据通信、电信信号确实并非完全的方波，上升时间按(20%-80%)计算，大约是40ps左右。计算需要仪器的带宽也还是要根据上升时间来确定，40ps的上升时间的10Gbps信号用DSO81304A（13GHz带宽）测试边沿误差小于5％，是可以接受的。如果加上光电转换器，DSO81304A可以直接测试10Gbps的光信号和电信号。

Q:您好，初涉信号测试，有一个问题一直有点混淆不清，示波器的通道的取样速率为什么不一样，能否介绍一下原理，还有，比如说通道1和4或者2和3，一起用的时候为20GS/S，是说这两个通道同时量测信号，还是怎么回事？
A:你遇到的问题，实际上是由你正使用的示波器结构所决定的，是ADC部分决定的，里面应该有8个5GHz采样率的ADC（或4个10GHz采样率的ADC)。当用1，2通道其中一个通道时，或3，4通道其中一个通道时，每个通道有4个5GHz的ADC在工作（或2个10GHz的ADC在工作），所以采样率是20GSa/s。如果用3个或4个通道时（或1和2同时打开时），采样就会变成10GSa/s，此时每个通道分配10GSa/s采样率。
还有一种示波器，你接触时更要注意，你用1个通道时采样率是20GSa/s，你打开另一个通道时，采样率变成10GSa/s，再打开
一个通道时，采样率变成5GSa/s，采样率不足采样数据会失真的，你一定要注意。什么原因呢？因为里面总共用了4片5GHz的ADC,用一个通道时，4片合在一起，采样率是20GSa/s，2个通道使用时，每个通道有2片5GHz的ADC,所以采样率为10GSa/s，用3个或4个通道时，每个通道为1片5GHz的ADC，所以采样率变成了5GSa/s。
Agilent 示波器这方面有很大改进。因为现在，业界只有Agilent有20GHz的ADC技术。
Agilent 54852A是2GHz带宽示波器，4个通道同时用采样率为10GSa/s.
Agilent 54853/4/5是2.5GHz,4GHz,6/7GHz带宽的示波器，4个通道同时用时采样率是20GSa/s。
新的Agilent DSO80000A系列带宽为10GHz,12GHz,13GHz，2个通道同时用时采样率为每通道40GSa/s，4个通道同时用时采样率为每通道20GSa/s。

Q:高斯频响示波器与Flat频响示波器的优缺点对比？
A:我们说的示波器的模拟带宽指的就是前置放大器的带宽。示波器的带宽是这样定义的，放大器的频响曲线下降3dB处的频点，就是示波器的3dB带宽，简称带宽。所以一台6GHz带宽的示波器测量一个6GHz的正弦波，幅度一定会降低3dB（约降低30%）。而且，你会发现不仅仅在带宽处会降低幅度，低于带宽处也可能会影响幅度。为此，现代高带宽数字示波器主要有两种频响方式，如图5所示，一种是传统的高斯频响方式，一种是Flat频响方式。传统的高斯频响方式，在3dB带宽内对信号频谱有一定的影响，在3dB带宽外，会拖出一个较长的尾巴，这样使得后面的AD需要更高的采样率才能确保不发生频率混叠。Flat频响方式有一定的改进，在3dB带宽内对信号的频谱影响相对较小，而3dB带宽外，留的尾巴相对较少，当然Flat频响还不能达到砖墙频响的理想境界，但是已经是很大提高了。

Q:能否解释波形捕捉率和示波器的死区时间（hold of time）的概念？选择什么样的示波器方便观察偶发信号（不让它进入死区时间）？
A:示波器都有死区时间，尤其是数字示波器，一个波形采集后要存储、处理和显示，然后再采集另一个波形，这中间要花时间，这时间就是死区时间。
波形捕获率就是示波器每秒捕获的波形数量，因为有死区时间的存在，示波器1秒钟采集的波形数量就会有限制，尤其当我们每次捕获波形的样点数较多时。
为此，数字示波器厂商采用一些新的技术来减少死区时间，提高波形捕获率。
Agilent走到了前头，Agilent采用的技术是MegaZoom技术，Agilent设计了一个受专利保护的ASIC芯片，放到示波器ADC之后，协同CPU进行并行数据处理，使得在高采样率和深存储条件下仍然有非常高的波形捕获率。有人疑问，DSO80000A系列高达40GSa/s的采样率，会不会捕获速度很慢呢？你完全用不着担心，它与以前的Infiniium系列示波器一样快，这也是MegaZoom专利芯片起作用的结果。
其实，判断一个数字示波器波形捕获率高低，很容易，你把示波器放到正常采集情况下（比如按Autoset或Autoscale之后），用眼睛看波形在屏幕上刷新的快慢，因为LCD显示的刷新率一般是60HZ，所以眼睛看到的波形刷新率高的示波器相对来说波形捕获率就高些。
示波器内还有一个Hold off的概念，此并非指死区时间，设计的目的是，你可以通过设置Hold off来增大死区时间，以稳定捕获和显示一些特殊信号，比如：信号是一段一段码型的，码型是101011001,每段码型有一定间隔，比如10us，你可以把hold off时间设置为9us，这样101011001码型就可以稳定的显示在示波器屏幕上，不然可能显示很不稳定。
那么选择什么样的示波器方便观察偶发信号呢？
当然尽量选择波形捕获率高的示波器，而且在高的捕获率下，需要采样率足够，不然因为采样率不够而导致波形失真也同样不是我们所需要的。这时候Infiniium示波器就是较好的选择，高的捕获率下，仍然采样率很高，确保信号不失真。
当然，也可以用其他的方法来帮助我们捕获和观察偶发信号，这就是触发，我们可以设置满足偶发条件的触发模式，等到有偶发信号时才触发和捕获，就较容易观察偶发信号，比如，用glitch触发，就比较容易的捕获和观察偶发的毛刺信号。毛刺触发能力，DSO80000A可以到100ps，是当今毛刺触发能力最强的示波器

Q:对于示波器来讲,是不是越靠近中心刻度线,测量值越准确.
A:波形是否靠近中心刻度线，对时间方面测量影响不大，对幅度的测量有些影响，把波形调整到以中心刻度为对称的位置，测量值相对较准确，
主要还是由示波器的结构决定的，放大器把信号传递到ADC，如果传递的信号直流平衡点较好的话（与ADC工作的直流平衡点相一致，即信号调整到以中心刻度为对称的话），AD采集的精度相对较高。但也不是影响很大，精确的测试还是建议把信号调整到以中心刻度为大概对称的位置，也最好把信号尽量调整到满屏，减小量化误差（但是不要调整到屏幕外，超过线性范围是肯定会导致失真的，可能你还看不出来）。

Q:触发一次，波形肯定会采集一次，但是是否会将一次采集的波形全部写满储存器呢？换一种说法，存储器里面的波形，是否是一次采集到的呢？还是多次采集到的呢？
如果是多次采集到的，这种情况下把它们放到一起，分析信号的抖动（比如时钟的抖动），是否准确可靠？
A:针对不同类型的示波器，示波器不同的捕获方式，触发和波形采集的关系不同。如果是采样示波器或实时示波器的等价时间采样模式，一个波形的采集是需要多次触发完成的。针对实时示波器的实时采样模式，触发一次，波形肯定会采集一次，不触发，波形也可能采集，这就是触发的Auto模式（有三中触发模式，一种是Auto，不触发，波形也会刷新，但波形在屏幕上会不稳定，另一种是Triggered，只有触发波形才刷新，最后一种是Single，第一次触发捕获波形，以后就不在捕获波形了）。
实时示波器的正常情况下，触发一次就会将采集到的波形写满存储器的设定值（比如，最大存储深度1MB，你设为100K，就存储100K)，也即存储器里面的波形是一次采集到的。（但如果采用示波器的分段捕获功能，一次触发则只占用一部分存储空间，适合于测试长脉冲间距的信号。）
关于抖动的分析有两种情况，一种是直接对一次采集的多个周期波形进行分析，比如用EZJIT抖动分析软件，就可以从一次采集的波形中间软件恢复时钟，然后计算抖动。
另一种是多次捕获进行抖动分析，比如直接测试波形的周期，显示结果可以带统计分析的功能，把周期抖动的RMS，MAX,MIN等显示出来，或者使用抖动软件的多次捕获分析。这种方式用的很多，抖动本身衡量就是用统计特性来衡量的（比如一般用RMS，PK-PK值衡量抖动的大小），所以多次捕获波形和一次捕获波形没有本质区别（而且多次捕获还可以使得数据量更大），但是前提条件是，示波器本身的触发抖动要足够的小，不然的话，误差就会较大。这也是为什么DSO80000A把触发抖动做到小于0.5ps(rms)的原因之一，增加时、抖动方面捕获和测试的准确度；另一个目的是增加眼图测试的准确度，触发抖动小，眼图抖动测试就准确，触发抖动小，触发点上下跳动就小，眼图幅度测试就更准确。

Q:我现在用到贵公司的54642A示波器是500MHZ和另外一个6GHZ的示波器，我有时用前者测量16MHZ的信号（0101），可是没有发现你们说的满量程的问题啊，我把示波器的幅度调到足够大，超出了显示屏，然后在上下移动观看整个波形，没有发现有什么失真啊，不知道为什么？
A:首先非常感谢你使用Agilent的示波器。所有的数字示波器都有一个线性范围，一般是屏幕的8格，或者是10格（屏幕有8格，有2格超出屏幕，此时正常8格的测量达不到8bit的ADC分辨率），如果信号超出线性范围，肯定会失真的（只要数字示波器都是），但是不一定明显表现出来，比如你测试16MHz的0101信号，失真很小，没法表现出来，但是还是建议你测试时把信号放到屏幕上进行测试，这样误差更小。

Q:1 请问54641D有glitch触发的功能吗？怎么使用？
2 54641D的FFT功能的准确度怎么样？怎么评价54641D的FFT功能？谢谢！
A:54641D没有一个明显的标志Glitch触发功能，但是Pulse Width触发可以用作毛刺触发（与毛刺触发几乎同样功能）。Pulse Width触发可以触发正的，负的脉冲/毛刺，触发条件可以是大于，小于，或具体范围宽度的脉冲/毛刺，模拟通道最小脉冲/毛刺到2ns，最大10s。因此你使用Pulse Width触发即可用来捕获毛刺（注意调整触发电平）。
54641D附带FFT功能，而且可以象调整频谱仪一样调整FFT参数（中心频率，扫宽等），很方便（一般，示波器FFT是离散FFT，调整中心频率，扫宽是很困难的，需要很多参数同时调整）。至于精度，受限于8bit ADC，底噪声为－70到－100dB（依赖于平均），频率分辨率为0.097656/(time per div.)。

Q:为了保证高速信号的完整性，一般都需要在信号线上加一些匹配，并且很多情况下不允许信号线的分叉，因为分叉可能引入反射。示波器探头接到被测点后，相当于信号线上有了分叉，因而就很可能引入了反射。此时示波器测得的波形，会不会不是该点的实际波形？
A:为了保证高速信号的完整性，一般都需要在信号线上加一些匹配，并且很多情况下不允许信号线的分叉，因为分叉可能引入反射。示波器探头接到被测点后，相当于信号线上有了分叉，因而就很可能引入了反射。此时示波器测得的波形，会不会不是该点的实际波形？
A36 : 您提出的问题是很多工程师普遍的一个顾虑，因此，安捷伦在2002年11月推出一系列高性能的InfiniiMax探头技术来最小化这一影响，这些探头都提供其仿真模型软件，因此您可以完全仿真出探头对被测电路的影响，以及判断探头测得得波形和实际波形相差有多大；物理上，安捷伦也提供验证治具来帮助您比较SMA电缆测试结果和探头测试结果，54850系列示波器和DSO80000王者系列示波器都带有一可用于探头性能验证的高速时钟信号，当然您也可以使用脉冲信号源，如，81134A作为验证用的信号源；的确，探头设计不好的话，影响会很大，目前有一些公司在已经购买了其它公司示波器的前提下，专门购买一批Agilent的1130或1160系列差分有源探头以弥补其探头方案方面的不足。回到您的问题，很难回答是与不是，一定有偏差的，准确的回答是偏差有多大，可不可以被接受，目前，1130系列和1160系列差分探头是用户普遍反映较好的产品，但具体的偏差和具体的被测信号有关系，使用上面所说的方法，答案可以由您自己给出。

Q:示波器显示是示波器的重要部分，请问agilent10g示波器采用的技术，怎么保证不失真的显示波行？
A:很好的问题，保证不失真的显示，首先要保证不失真的采集，然后才是利用合适的显示技术将波形再现，所以您的问题，我分两部分回答，先是采集，再是显示。
首先为实现不失真采集，示波器和探头的带宽要足够，我们已经讨论很多次如何根据信号的边沿速度来选择示波器带宽了，若10GHz带宽不够，您可能要考虑12GHz带宽，最近出现很多关于DSP带宽的声音，无论是哪种实现方式，您应验证示波器的低噪声应足够小，不应因使用DSP提升带宽的方法，同时将示波器底噪声提高，另外实时示波器的实时采样率要足够，如信号边沿速度若是46ps，您用20GSa/s采样率(50ps采样间隔)，在信号边沿上可能没有任何一个采样点，或最多只有一个采样点，显然不够，40GSa/s的实时采样率在这种情况下能提供更高的精度；若您使用探头，请注意探头连接附件不要影响测量精度，不管厂家如何宣传，您最好自己验证，以便更有信息，方法是利用示波器内部的高速时钟信号，和一个探头连接方式效果验证治具，比较用SMA电缆和用探头同时量测同一个高速信号的结果。
第二部分，假设采样率和示波器带宽以及探头带宽以及连接方式都很理想，在显示之前，通常使用内插技术以提高波形的复现精度，有两种内插技术，一种是正弦内插，一种是线性内插，业界基本上公认正弦内插的精度更高一些，内插等处理完毕后，才到波形显示部分，除常规显示外，还提供一种特别的显示技术，叫做Mega View，就是类似模拟示波器的显示效果，在显示复杂信号如AM,FM,PM，视频等信号；对于更复杂的信号如各种民用和军用通信信号，包括WLAN,Bluetooth,QPSK,DQPSK,16~265QAM，GSM,CDMA2000，WCDMA等，DSO80000A王者系列示波器，可以先将这些信号以各种各样的形式显示出来，如星座图、解调之后的码流、EVM图、瀑布图等；对于象高速串行数字信号，如XAUI,PCI-Express ,SATA I/II/III 等，可以在显示波形的同时对波形进行8B/10B解码显示，当然常规的余辉显示或彩色余辉显示都是支持的；不过，可能能关心的一个问题是显示刷新率或波形刷新率，对于大于等于8GHz带宽，我们以前谈的很多快速显示技术已经不再实用，因此，DSO80000A的Mega View技术使得其波形刷新率或显示刷新率目前领先业界，不过这一参数不是一个常数。
因此，若您真的很关心该参数，建议你实测，方法很简单，用一台计数器量测示波器在各种设置和量测条件下的实际波形刷新率，直接测量其Trig out (通常是BNC连接头)即可。

关于更细的技术讨论，可参考资工程师孙灯亮的技术文章《数字示波器的信号保真度探析》https://www.eetchina.com/ART_8800350602_617698,617703.HTM 。
Q:40G示波器的采样怎么实现并且这么高的信号怎么样用DSP处理进行恢复呢？
从硬件的角度来看，DSO80000A系列示波器每个通道后面有一个单片的ASIC,该单片的ASIC是20GSa/s 的ADC数模转换器，40GSa/s的实现，是用两个芯片Interleave实现的，该Interleave是用硬件实现的，不是用DSP技术，当然使用两个芯片interleave不如使用一个单一芯片性能更好。目前，20GSa/s的单片ADC目前是世界上最先进的技术了，用两片ASIC interleave的技术已经被使用了数十年，相对较为成熟，若用4片ASIC Interleave可能会造成加大误差。
可能应用于示波器的DSP技术可概括为五种： 波形重建 ，幅度平坦，相位校正，带宽限制，带宽增强；相信您所说的是波形重建，如采用正弦内插实现波形重建，该内插是在40GSa/s的基础上内插的，物理上实际两个采样点的间距是25ps,由硬件保证，经内插后，两个采样点间被插入许多点，这些点的间距可能小于1ps,但若物理上不能保证足够的精度，内插是没有帮助的；简单地说，40GSa/s是用硬件实现的，不是DSP处理的，波形重建和40G没有关系，但40G保证了波形重建（内插）的精度。
采样芯片是一个ASIC, 该芯片内部有高速的memory,因此，在芯片内部，很容易实现高速数据流到memory的传输，和Memory相连还有一部分并行电路，叫做MegaZoom电路，会对该memory中的数据处理，并刷新显示，为提高处理速度，MegaZoom是并行处理机制，特别使用于大批量数据处理。希望这对理解示波器内部结构有所帮助。
互连通道的带宽如何？
高速memory的运行速度如何？
互连通道的带宽和高速Memory的运行速度这些问题直接牵涉到20GSa/s ADC 单片ASIC的内部指标和技术，建议您在不久的将来，见到我们的研发工程师后，可直接问他们，关于具体哪个人，我可在email中告诉您。另外，我验证了您最初提出的关于6Ghz示波器不能测试6GHz正弦波的问题，，这是一很严重的问题，的确有的示波器不能，但不是安捷伦的示波器，安捷伦示波器可以稳定显示高达13GHz的正弦波。至于为什么，安捷伦能做到，您可以从我们的研发工程那里直接得到更详尽的答案。

Q;为什么一定要将带宽幅度减去3DB呢？
A:这仅是带宽的定义，你可以把13GHz带宽示波器前端看作是一带通滤波器，若该滤波器的带宽足够高，所有信号会都进来，反之，信号的高频成分会被滤掉（衰减掉），因此您可以画一个功率/幅值vs频率曲线图，当输入一13GHz正弦波，其示波器上显示的幅值是被测对象实际幅值的70.7％左右，换算成dB值是， -3dB,换算成功率是半功率点，这就是带宽的定义，至于问什么要这么定义，这个问题的确把我难住了。

Q:我想了解安捷伦示波器在测试信号各种Jitter时的一些基本方法，以及相关的软硬件要求，谢谢。
A:目前Agilent能够测试Jitter的示波器有2种。

1）是采样示波器方法：86100C DCA-J一键测试方法（按一个键即可得出测试结果）。

86100C DCA-J能够快速的测试信号抖动（一键完成），支持速率：50Mbps-40Gbps信号的测试，内部有码型锁定功能，自动定位码型长度，自动从总体抖动中分离随机抖动Rj,确定性抖动Dj,数据相关抖动DDJ,周期性抖动PJ，占空比失真DCD，码间干扰ISI等，还可以得出浴盆曲线评估系统误码率，还可以设计均衡器，得出信号通过均衡器后在芯片最终接收处的眼图。另外，86100C还可以把各种统计图显示处理，可以得出相对于具体每一位的数据相关抖动DDJ等等。抖动分析精度可达0.8ps(rms),配备精密时基模块，精度可达0.2ps(rms)以内。资料参考：www.agilent.com.cn搜索86100C.

2)实时示波器抖动分析方法：Agilent Infiniium实时示波器配备两个抖动分析软件，一个是EZJIT，做常用的基本的抖动分析，可以测试各种抖动参数，如时间间隔误差TIE，Cycle-Cycle抖动，Period抖动等，可以在同一个屏幕上把具体每一个时钟或数据边沿的具体抖动大小与每一时钟或数据边沿同步联系起来，还可以得出抖动的统计图，抖动的频谱等等，还有一个抖动测试设置指导，指导您如何正确进行抖动测试的设置和测试；另一个是抖动高级分析软件，除了进行EZJIT的各种参数测试外，还可以进行抖动成分的分解，就像86100C的功能一样。具体的介绍请到www.agilent.com.cn上搜索Jitter或给我邮件，我把具体一些资料发给您：deng-liang_sun@agilent.com.
谢谢！

Q:请问专家：在PCB设计时，如何正确或准确评估PCB的复杂程度，哪些指标可以体现？多谢！
A;至今没看到准确评估PCB复杂程度的方法，我想可能因为PCB的复杂程度由太多因素决定，很难用几个量化指标来评估。
但有几个方面可以体现PCB的复杂程度，在PCB设计时需要考虑，这几个方面是以数字PCB设计为例，仅供您参考。
1）信号的速率：如果信号速率很高，并且较多，则设计时需要分析高速信号的走线规则，比如阻抗控制，线间距控制（控制串扰），是否需要走内层等
2）是否有BGA类封装的芯片：如果有的话，布线会相对复杂，层数也会增多，不然把BGA的线走出来是有一定难度的
3）板子上芯片的密度：密度大的话，自然复杂
4）是否模拟数字信号同时存在：如果是的话，布局布线相对复杂，电源地岛的划分也变的复杂
5）EMI/EMC的考虑，DFT的考虑等：DFT也很关键，一般板子是要经过测试验证的，那么信号测试点，ICT测试点等也要预留下来。