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混合信號(hào)示波器工作原理解析和性能介紹
2012-08-15
MSO是10年前由HP公司首次推出。比儀器集成了帶16個(gè)邏輯定時(shí)通道的兩個(gè)或4個(gè)一般示波器通道。此后，不少公司推出自己的MSO。例如，LeCroy公司的MS系列MSO，Yokogawa公司的Model DL 9710L，Tektronix公司的MSO4000系列(見表1)。
設(shè)計(jì)平衡
MSO不是邏輯分析儀。當(dāng)今的邏輯分析儀可以達(dá)到100個(gè)通道以上，用來解決專門的設(shè)計(jì)問題。對(duì)于MSO而言，重要的是它是一個(gè)快速被工程技術(shù)人員采用的比較簡(jiǎn)單的儀器。顯然，100個(gè)通道太多。Agilent公司提供16通道MSO，LeGroy的MS-500-36是36通道MSO，Yokogawa以32通道做為MSO標(biāo)準(zhǔn)。
表1 一些公司的MSO
數(shù)字通道可分為顯示和觸發(fā)總線。一個(gè)使用方便的特性是在一個(gè)以上的總線組中，包含給定通話。此特性允許對(duì)一些通道的定時(shí)與共同信號(hào)進(jìn)行比較。
以故障總線的形式檢查幾個(gè)相關(guān)通道可較大地簡(jiǎn)化很多同時(shí)掃描的顯示，而且不丟失信息。YokogawaMSO提供一組數(shù)字通道的計(jì)算DAC功能，產(chǎn)生逐次數(shù)字總線值的多電平波形表示。TektronixMSO提供跨并行總線的多通道配置和保持檢驗(yàn)。
DSO(數(shù)字存儲(chǔ)示波器)具有串行總線譯碼和觸發(fā)功能，而MSO是基于DSO基礎(chǔ)上，它也具有這些重要功能。四個(gè)制造商提供的MSO一個(gè)或更多示波器模擬通道可用于此目的。總線處理包括I2C、CAN、SPI、UART、RS-232、FlexRay和LIN。
LaCroy公司的MS系列MSO，也像AgilentMSO那樣，數(shù)字通道可以執(zhí)行所有串行總線譯碼和觸發(fā)功能。Yokogawa的MSO，對(duì)于I2C和SPI具有這種能力。TekTronix在這方面，MSO和DSO之間沒有什么區(qū)別。
根據(jù)狀態(tài)和圖形觸數(shù)，觸發(fā)可跨接20個(gè)以上通道。Agilent的Infinium8000系列，用于特定圖形或狀態(tài)觸發(fā)設(shè)置的模擬、數(shù)字通道組合沒有限制。
然而，所有4個(gè)制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，都沒有給出數(shù)字和模擬通道之間干擾的數(shù)據(jù)。
性能
MSO為模擬和數(shù)字通道之間的定時(shí)關(guān)系提供有價(jià)值的信息。但需要考慮一些工作限制。
理想的MSO應(yīng)提供至少20個(gè)盡可能一致的通道。模擬通道需要一個(gè)用于高輸入阻抗、快速、高分辨率ADC的靈敏前置放大器。數(shù)字通道必須具有足夠帶寬、快速比較器。這種結(jié)構(gòu)的目的是在ADC和比較器后，同等地處理數(shù)據(jù)信號(hào)。唯一的差別是數(shù)字輸入的一位分辨率對(duì)模擬通道的n位分辨率。
現(xiàn)在，MSO的數(shù)字輸入和模擬輸入具有不同特點(diǎn)。TektronixMSO最大所允許的電壓范圍是±15V;AgilentMSO是±40V峰值CAT1;此CAT1限定，意味著瞬態(tài)過壓性能不包含在Yokogawa的非限定±40V額定值。LeCroy的MS-500具有最大±30V額定值。
輸入阻抗也不同于模擬通道1M?。Tektronix標(biāo)定為20K?，Agilent為100K?//8pF，LeCroy為100K?//5pF。Yokogawa 100MHz帶寬型701980提供1M?//10pF阻抗，250MHz型701981提供10K?//9pF。
Agilent和Tektronix標(biāo)定可以采集的最寬度脈沖為1.5ns(Tektronix)和2.5nx(Agilent Infiniium8000系列)。此寬度所對(duì)應(yīng)的帶寬分別為330MHz和200MHz。
LeCroy提供3個(gè)MS系列型號(hào)：MS-500具有18個(gè)數(shù)字通道，500MHz帶寬，2Gs/s最大取樣率;MS-500-38提供500MHz帶寬，1Gs/s最大取樣率和一半的存儲(chǔ)器大小;MS-250具有250MHz帶寬，1Gs/s最大取樣率和每個(gè)通道10M點(diǎn)存儲(chǔ)器(MS-500和MS-500-36為50M點(diǎn)存儲(chǔ)器)。
標(biāo)準(zhǔn)邏輯家族的不同閾值是可選擇的，根據(jù)需要可以編程定制閾值。Agilent、yokogawa和LeCroy的MSO，每個(gè)邏輯通道僅一個(gè)閾值可選擇。Tektronix支持每道閥值選擇和編程。
除了這些特殊的硬件差別外，所有MSO結(jié)構(gòu)在模擬和增加的數(shù)字通道間有一個(gè)縫接。MSO簡(jiǎn)化框圖示于圖1，但沒有示出各個(gè)部分的相互影響。關(guān)于縫接和引起的問題取決于MSO的特殊型號(hào)和如何使用MSO。
混合取樣率
MSO如何處理混合取樣率，若同時(shí)希望顯示模擬通道和數(shù)字通道，當(dāng)模擬取樣率增加到大于模擬通道和數(shù)字取樣率時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況?這對(duì)于Tektronix、Agilent Inflniium和LeCroy的MSO是一個(gè)共同的問題。Yokogawa的DL9710LMSO，對(duì)模擬和數(shù)字通道保持同樣的最大取樣率和跨接所有通道的共同6.25MW存儲(chǔ)器大小。
Agilent和Infiniinm8000系列MSO，以最大1Gs/s速率取樣數(shù)字通道、以2Gs/s或4Gs/s取樣模擬通道。6000系列MSO以2Gs/s取樣8個(gè)通道或以1Gs/s取樣8個(gè)以上通道。6000系列MSO共用模擬和數(shù)字通道的存儲(chǔ)器，但I(xiàn)nfiniinm8000不能。這兩款MSO系列，數(shù)字和模擬通道的捕獲時(shí)間相同，而模擬和數(shù)字存儲(chǔ)器大小之間的關(guān)系是自動(dòng)調(diào)節(jié)的。
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