stupid的博客

专家：杜吉伟先生
职务：安捷伦科技亚太区数字设计市场开发经理
专家背景:
杜吉伟先生1996年毕业于南京电子工程研究中心，获得电子和通信系统硕士学位 ,一直从事自动测试系统整合和数字电路设计测试及其支持的工作。2000年8月加入安捷伦科技公司，负责新公司的跟踪服务和前沿技术、新技术相关应用的市场开拓，2002年负责亚太区数字设计市场的开发至今。加入安捷伦科技之前，杜吉伟先生有近5年的自动测试系统集成的工作经验和近3年的逻辑分析仪技术支持经验。
专家：孙灯亮先生
职务：安捷伦科技高级系统工程师
专家背景:
孙灯亮于2003年12月作为高级系统工程师加入Agilent公司，负责数字设计和测试，信号完整性分析和工程设计的应用开发，技术支持和咨询工作。加入之前，在Tektronix公司作为高级应用工程师工作1年半。之前在华为技术有限公司从事信号完整性分析和高速互连设计的技术研究和产品开发工作。
Q:什么时候宣布的40G采样示波器？！先给介绍介绍你们的产品
A:是美国时间10月4日对外公开宣布，产品的资料可以在http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1487EN.pdf下载，这里我简单描述一下：
40GSa/s 实时采样示波器共有三个信号，DSO81004A(10GHz 硬件带宽）DSO81204A(12GHz 硬件带宽）DSO81304A(12GHz 硬件带宽，13GHz DSP带宽）
都是4个通道， 当使用两个通道时，可达40GSa/s实时采样率，2M的存储深度，每个通道都支持重复等效采样。
探头1168A带宽10GHz,1169A是12GHz保证带宽，典型带宽是13GHz,支持三种连接方式，差分SMA连接、焊接连接方式、点测连接方式。
软件方面支持：
1)以太网一致性和冗余度测试夹具和软件
2)DVI一致性和冗余度测试软件 3)串行数据分析软件包
3)DDRI/II/III 实时眼图和时序分析
4)SATA一致性测试软件
5)USB2.0一致性测试夹具和软件
6)1394a一致性测试
7)<=100ps窄脉冲触发
8)高达10Gbps串行码流触发
9）8bit/10bit 解码分析
10)Mask 违规故障定位
11)雷达通信信号分析软件包
12)PCI一致性测试和冗余度测试
13）支持PCI-SIG最新抖动分析方法
14)ExpressCard 用于笔记本电脑的一致性测试软件
15)其它
Q: 能否说明新的示波器针对哪些应用，为什么这些应用对应的实时示波器，非得是带宽超过10GHz，采样率是40GSa/s?
A:您的问题很好。主要应用是以下几个方面：
1）高速计算机总线的测试和分析：如PCI Express I&II,Serial ATA I&II,Serial SCSI,Fully Buffered DIMM等。PCI Express II的信号速率高达5Gbps，FB DIMM信号速率高达4.8Gbps，Serial ATA II/Serial SCSI信号速率为3Gbps，SATAII/SAS规范上要求测试仪器的模拟带宽最少为10GHz（规范的35页有强调，从44页中可以看出为什么这样强调，因为信号的上升时间最小为67ps(20%~80%),规范可以从下面网址下载：http://www.serialata.org/specifications.asp）。
2）通信系统和高速背板的测试：如RapidIO,XAUI,5Gbps~6.25Gbps高速互连等，5Gbps的互连信号上升时间60ps(20%~80%)左右，测试需要实时示波器带宽是0.4/60ps * 1.4 =9.3GHz ，应选择10GHz带宽；60ps用20GSa/s采样率进行实时采集，采样点之间间隔50ps是不足够的，需要超过20GSa/s的采样速率，DSO80000A实时采样速率高达40GSa/s，可以很好的满足要求。
3）高能物理应用和高速脉冲测试：比如上升时间为50ps（20％～80％）或更快的高速脉冲，保证精确的捕获信号，需要高的带宽和实时采样速率，DSO80000A系列可以满足信号上升时间为30ps（20％～80％）及以上的高速脉冲测试需求（此时边沿误差稍大为10％）。
4）雷达测试和分析：DSO80000A系列结合经典的矢量信号分析软件89601，可以把示波器的应用扩展到频域和解调域，分析带宽高达13GHz，较精确的分析宽频、超宽频雷达信号。可以直接用DSO80000A测试雷达的微波，射频，中频，基带信号，进行时域参数分析：如脉冲参数，抖动，脉内载波初始相位等，使用89601A可以从宽带解调的角度分析雷达信号，如：线性调频线性度，Barker码调制相位误差等。
5）宽带无线通信信号测试和分析：如UWB等

6）半导体和硬盘等的测试和分析等等
Q:可以给我单独解释40GSa/s吗？
A:可以，一般情况下，若单独讨论采样率，是在假设带宽足够的前提下进行的，但实际上，带宽往往也会成为一个瓶颈，所以工程上，往往在考虑采样率的同时也考虑带宽，如何选择带宽，孙灯亮在前面已经描述过，针对示波器的频率相应不同，所适用的公式也不同，但无论是哪个公式，计算出带宽后，就可计算出所需最小采样率(请参考小孙前面的答案)，除了利用这些定量地公式外，您也可以简单地定性地估算，如针对您所用的采样率，上升边沿上能有几个实际的采样点(不计正弦内插，用数学后处理方法插入的点)，如标准规定比67ps的上升沿上，40GSA/s 采样可以有3个点，46ps的上升沿上，40GSA/s 采样可以有2个点，若采样率是20GSa/s,46ps的上升沿上，采样点只可能是零个或1个。若有进一步疑问，可以直接发email到 ji-wei_du@agilent.com deng-liang_sun@agilent.com
Q:请问要测试2Gbps（1GHz）和3.2Gbps的低压差分信号最低需要什么样的示波器，如果使用4G采样率的示波器是否够用？这种样片测试时使用LQFP64封装是否合适？
A:这和第一个问题，很类似，若信号发1010码，2Gbps就是1GHz的方波，3.2Gbps是1.6GHz的方波，我有些朋友做通信背板研发，是看这两种信号，甚至要看到5Gbps,6.25Gbps
我把前面的回答在这里重复一下：有两种方法可以衡量信号对示波器的需求，一是根据被测信号最快的边沿速度，有一个用于选择高端示波器的公式，实时示波器带宽＝0.4/Tr * 1.4
这里Tr是指20％～80％的信号边沿最快时间(上升沿或下降沿)，该公式适合于Flat频响的实时示波器，以前我们使用的传统公式是"实时示波器带宽＝0.4/Tr * 1.4
这里Tr是指10％～90％的信号边沿最快时间(上升沿或下降沿)" ,该公式适合于高斯频响的实时示波器，通常超过1GHz带宽的示波器就不再是严格意义上的高斯频响，甚至有些
500MHz带宽的示波器已经不是高斯频响，具体需咨询厂家，安捷伦的DSO80000A王者系列示波器以及54850A系列示波器都是Flat频响。
因此，回到您的问题，若您的信号上升沿最快是60ps (20% to 80)，则需要的实时示波器带宽是0.4/60ps * 1.4 =9.3GHz ，应选择10GHz带宽，若信号上升沿最快是140ps (20% to 80)，
则需要的实时示波器带宽是0.4/140ps * 1.4 =4 GHz ，采用公式所计算出来的带宽，能保证信号边沿的量测误差在3%之内。
若定性的看，1GHz方波的三次谐波是3GHz,五次谐波是5GHz,1.6GHz方波的三次谐波是4.8GHz,五次谐波是8GHz,若您使用4GHz示波器观察1.6GHz的方波，连三次谐波都看不到(衰减很大)，看到的信号顶端
会变圆，不像个方波。对方波而言，若能看到五次谐波，基本上失真不大，在示波器上显示的也会是方波，若仅能看到三次谐波，则有点像方波，又有点像正弦波。
至于使用什么样的封装，LQFP64是可以被新的差分探头1168A(10GHz),1169A(12GHz)直接量测，也可使用1134(7GHz)差分探头，有可能最合适，而且能保证信号不失真的
连接方法是焊接连接方式，当然您也可以使用点测方式，但要获得长期稳定的定量测试，建议使用焊接方式直接测芯片样片，而对于其它场合，若可以使用SMA电缆，则可以用电缆。
另外，采用何种封装取形式决于您对信号完整性的要求，不同的封装形式和封装尺寸对信号完整性都有影响，但这一部分和量测还没有多大关系，若你的被测对象已经固定，量测方法往往
没有多大灵活选择余地。
简单地回答您的问题，观察3.2Gbps(1.6GHz基波)，4GHz带宽肯定量测误差很大，观察2.0Gbps（1GHz基波)，4GHz带宽示波器仅能观察到1010码的三次谐波，对五次谐波衰减太大。
对DSO80000A对LQFP64封装问题不大，但细节可能需要讨论。
A:我猜您是想用LQFP64来测试您们设计的芯片。

LQFP64是可以使用的，但对工艺要求严格，不然则封装参数会较大，影响信号完整性。
用了LQFP64封装后，使用Agilent差分探头1130A和1160系列的焊接附件是非常容易进行测试的。
Q:能否简单地介绍一下Flat频响和高斯频响？
A:说到示波器频响，先要介绍一下示波器带宽的定义，示波器模拟带宽由其前置放大器决定，放大器的频响曲线下降3dB的那个频率就定义为3dB带宽，简称带宽。说到示波器带宽多少（如6GHz)，一定是3dB带宽多少（如6GHz)，即在此频点，信号的频率分量的幅度被示波器的影响有3dB误差（比如用6GHz的示波器测试6GHz，1V的正弦波，采样率足够，那么显示在示波器屏幕上的正弦波幅度应该为0.7V左右，3dB约等于30%）。
传统示波器的频响是高斯频响，那么在3dB带宽以内对被测信号的频率分量同样有一定的影响，所以要求带宽是被测信号带宽的2倍方可保证误差较小（3%)，高斯频响另一不足是在3dB带宽外，会拖个尾巴，使得采样率必须高于带宽的4倍以上方可保证不发生频率混叠。Flat频响是个改善（当然还不能达到最理想的砖墙频响性能），它在3dB带宽内对信号频率分量影响较小，所以要求带宽是被测信号带宽的1.4倍方即保证误差较小（3%)，在3dB带宽外，拖的尾巴较少，采样率高于带宽的2.5倍以上方即可保证不发生频率混叠。
Q:可以给我单独解释DSP吗？
A:DSP是数字信号处理（Digital Signal Processing)的简称，因为它的实时性和处理能力，在现代电子技术上应用很广。这方面的资料很多，建议您从网上搜索看一看，或参观TI网站（WWW.TI.COM)又很多这方面资料。

下面简单介绍一下DSP在数字示波器技术上的应用。
其实数字示波器应用了很多DSP技术，其中之一是波形重建上的应用，就是Sinx/x内插技术，就是显示的波形由采样点和内插点组成来恢复波形。当采样率是示波器带宽的2.5倍及以上时（对Flat频响示波器，如果高斯频响示波器，采样率要求为带宽的4倍），插入的点与信号本身此处的点是一样的，这是Nyquist理论的具体应用。当然，如果采样率不满足此要求，那么插入的点是有误差的，即不能很好的重建波形。

其二应用是，通过DSP技术来提高示波器的模拟带宽，比如Agilent的54855A模拟带宽为6GHz，采样率为20GSa/s(每通道），通过DSP处理，带宽可以提升为7GHz（或通过选择降为5GHz,3GHz,1GHz等）

更详细的讨论，欢迎通过邮件与我联系：
deng-liang_sun@agilent.com
Q:我想不同采样率，不同带宽的示波器的差异主要表现在测量的精度上，能否说明一下，新示波器对高速信号测量精度到底有什么改进？
A:我想不同采样率，不同带宽的示波器的差异，首先表现在能否捕获到您的信号，比如用6GHz示波器捕获载波为8GHz的脉冲雷达信号，是没有办法捕获到的。

然后主要差异是捕获信号的保真度，即示波器显示的信号与被测信号的一致性。当然影响信号保真度的因素很多，探头附件，探头带宽，示波器带宽和频响，采样率都是影响信号保真度的重要因素。Agilent DSO80000A系列新示波器的颠峰性能体现主要一下几个方面（保证捕获信号与被测信号的一致性，保证测试的精度）：

1）探头系统，推出InfiniiMax II探头系统，带宽为10GHz与12GHz（用在DSO81304A上，有补偿处理功能，保证系统带宽13GHz)。InfiniiMax探头系统2002年底推出，刚推出就获得EDN杂志当年的产品创新奖，是示波器探头系统里程碑式产品。InfiniiMax II 继承了InfiniiMax的可用性和性能。

2）带宽，有10GHz，12GHz，13GHz三款，并且都是Flat频响方式，即带宽频谱保真度高，带宽抑制能力强，保证AD在采样率高于带宽2.5时，可靠的采集到波形，不发生频率混叠。

3）采样率，高到40GSa/s的采样率保证信号能够被采样到，保证采样率是带宽的2.5倍以上，保证不发生频率混叠，保证信号高逼真的被重建，确保示波器系统的信号保真度。

4）触发抖动，低于0.5ps(RMS)的触发抖动，确保时间0点建立的准确度，确保眼图抖动指标（非常关键）测试的准确度，5ps(rms)的触发抖动造成2.5Gbps数字信号眼图测试的抖动误差高达30～40ps(pk-pk)（2.5Gbps数字信号的抖动一般规范要求为120ps(pk-pk))。

5）快边沿脉冲信号的捕获，DSO81304A可以捕获和测试30ps（20%-80%)的快边沿信号（此时边沿误差稍大为10％）。

嘉宾杜吉伟回复内容：仅在小孙的答案基础上给出两个实际例子，的确，所有的差异都主要表现在测量的精度上，若您能给出您的应用实例，我们可以根据您的实例讨论。我先举一个例子，若被测对象的下降沿是46ps,我们用50GHz或80GHz带宽的采样示波器(如DCA86100C) 测得的下降沿为46ps mean值，用12GHz带宽，40GSa/s实时采样测得的下降沿为46ps mean值，用8GHz带宽，20GSa/s采样测得的数值为52ps or 53ps mean值。另外一个例子是量测5Gbps的PRBS信号，我们用ParBERT作为被测对象，使用一个46ps的边沿速度限制器，用DSO81204A(12GHz带宽,40GSa/s采样)眼皮厚度(垂直噪声)为50mV ,和用DCA86100C 50GHz采样示波器量测的结果一致，用8GHz带宽，20GSa/s采样的示波器的实时眼图功能量测的眼皮厚度(垂直噪声)为80mV；若用传统的眼图量测方法，即不用实时眼图量测方法，8GHz带宽，20Gsa/s采样，误差就更大些。
Q:我发现高带宽示波器有一个恼人的问题，就是每天我都要对示波器进行校准，非常令人恼火，我们单位空调不是很好，经常有人进进出出的，因此，实验室里根本不可能是恒温，同样一个被测对象，我上午测和下午测，结果就不一样。这是什么原因造成的？安捷伦的示波器是否有这种问题，请确认。
A:示波器指标的保证是有特定条件的，对高端示波器，尤其如此，相信对低中端示波器，您没有这样的体验，安捷伦高端示波器的设计直接借鉴了其微波射频仪器的处理技术，因此在温度方面，有较杰出的表现，DSO80000A王者系列示波器给出：“Specifications are valid after a 30 minute warm-up period,and ± 5°C from annual calibration temperature”，也就是说，若校准时的温度为室温25°C ，则在20°C ~30°C 范围内，DSO80000A的指标可以得以保证。什么原因造成的，所有的元器件的性能都会随温度的变化而变化和漂移，高频和高速元器件往往会产生更大的热量，若散热系统处理得不好，会导致系统下降，不仅示波器本身如此，有源差分探头也是如此，DSO80000A的差分探头1680A和1690A由微波厚膜设计，精心处理后，在耐温方面有很好的品质，即使是它的前一代产品，54850A 系列示波器及其探头，在用户处也得到良好的反映。事实上，安捷伦从事多年的微波射频研发，已经积累了很多这方面的技术。
Q:我现在正使用一台TDS6804B,示波器(7GHz硬件带宽，8GHz是DSP带宽),为什么测量正弦波失真很大，这是什么原因造成的？我问Tek，他们至今没有回答，如需要，我可将所抓的波形发给您。您们的新示波器有没有类似问题？
A:最好的答案应该来自原厂家，您可以把波形发给我 ji-wei_du@agilent.com , 我猜测可能归属于谐波失真，说到谐波失真，每个示波器都有，无论示波器内部采用什么硬件或软件，衡量好坏，主要是看谐波失真的大小，比如当输入一个正弦波，看它的基波和信号杂散间的功率/幅度差是多少，相差越大，性能越好，通常量测验证的办法是用一CW微波信号源，使用示波器的FFT功能，改变输入信号频率，从低频到带宽整个范围，观察最坏的情况，DSO80000A在这方面的确性能优异，这一方面取决于其使用的AD芯片是20GSa/s单片芯片，另一方面其前者放大器使用了特别的材料。