混合信號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個邏輯定時通道的兩個或4個一般示波器通道。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)。
設計平衡
MSO不是邏輯分析儀。當今的邏輯分析儀可以達到100個通道以上，用來解決專門的設計問題。對于MSO而言，重要的是它是一個快速被工程技術人員采用的比較簡單的儀器。顯然，100個通道太多。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標準。
表1 一些公司的MSO
數字通道可分為顯示和觸發總線。一個使用方便的特性是在一個以上的總線組中，包含給定通話。此特性允許對一些通道的定時與共同信號進行比較。
以故障總線的形式檢查幾個相關通道可較大地簡化很多同時掃描的顯示，而且不丟失信息。YokogawaMSO提供一組數字通道的計算DAC功能，產生逐次數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。
DSO(數字存儲示波器)具有串行總線譯碼和觸發功能，而MSO是基于DSO基礎上，它也具有這些重要功能。四個制造商提供的MSO一個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，數字通道可以執行所有串行總線譯碼和觸發功能。Yokogawa的MSO，對于I2C和SPI具有這種能力。TekTronix在這方面，MSO和DSO之間沒有什么區別。
根據狀態和圖形觸數，觸發可跨接20個以上通道。Agilent的Infinium8000系列，用于特定圖形或狀態觸發設置的模擬、數字通道組合沒有限制。
然而，所有4個制造商的數據手冊中，都沒有給出數字和模擬通道之間干擾的數據。
性能
MSO為模擬和數字通道之間的定時關系提供有價值的信息。但需要考慮一些工作限制。
理想的MSO應提供至少20個盡可能一致的通道。模擬通道需要一個用于高輸入阻抗、快速、高分辨率ADC的靈敏前置放大器。數字通道必須具有足夠帶寬、快速比較器。這種結構的目的是在ADC和比較器后，同等地處理數據信號。唯一的差別是數字輸入的一位分辨率對模擬通道的n位分辨率。
現在，MSO的數字輸入和模擬輸入具有不同特點。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)。此寬度所對應的帶寬分別為330MHz和200MHz。
LeCroy提供3個MS系列型號：MS-500具有18個數字通道，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器大小;MS-250具有250MHz帶寬，1Gs/s最大取樣率和每個通道10M點存儲器(MS-500和MS-500-36為50M點存儲器)。
標準邏輯家族的不同閾值是可選擇的，根據需要可以編程定制閾值。Agilent、yokogawa和LeCroy的MSO，每個邏輯通道僅一個閾值可選擇。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結構在模擬和增加的數字通道間有一個縫接。MSO簡化框圖示于圖1，但沒有示出各個部分的相互影響。關于縫接和引起的問題取決于MSO的特殊型號和如何使用MSO。
混合取樣率
MSO如何處理混合取樣率，若同時希望顯示模擬通道和數字通道，當模擬取樣率增加到大于模擬通道和數字取樣率時，會發生什么情況?這對于Tektronix、Agilent Inflniium和LeCroy的MSO是一個共同的問題。Yokogawa的DL9710LMSO，對模擬和數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存儲器大小。
Agilent和Infiniinm8000系列MSO，以最大1Gs/s速率取樣數字通道、以2Gs/s或4Gs/s取樣模擬通道。6000系列MSO以2Gs/s取樣8個通道或以1Gs/s取樣8個以上通道。6000系列MSO共用模擬和數字通道的存儲器，但Infiniinm8000不能。這兩款MSO系列，數字和模擬通道的捕獲時間相同，而模擬和數字存儲器大小之間的關系是自動調節的。
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