DSP把示波器性能带入新水平
但是,这些挑战正变得越来越难以解决。在理想情况下,测量仪器的带宽应该超过被观察的目标设备的带宽。但是,示波器性能的基本指标 – 模拟带宽与数字网络交换单元一样,受到各种技术的限制。这两种平台都使用速度最快的半导体器件,都利用最新的内部信号传输和连接技术,都以当前技术能够支持的最高速率运行,都依赖为特定任务量身定制的集成电路 ( 如示波器的高速模数转换器 ) ,提供远远高于标准器件中提供的性能。
鉴于这些实际情况,怎样才能把示波器性能提升到全新水平呢？怎样才能支持下一代技术进步呢？
进入 DSP
答案是数字信号处理技术 (DSP) 。实践证明,使用 DSP 可以扩展、事实上是可以增强原始模拟带宽。
DSP 是一门古老的学科。它采用sin x/x内插形式,出现在每台现代数字实时示波器中。现在, DSP 已经成为把示波器带宽扩展到当前模拟极限之上、改善整体测量精度的激活工具。
当前示波器市场顶层包括一系列模型,提供了几千赫兹的带宽。带宽为 6 GHz 和 8 GHz 的仪器正在进入工程设计部门和研发实验室,更高的带宽很快也将出现。几乎所有这些超高带宽工具都依赖某种形式的基于 DSP 的频率扩展技术,实现额定的性能。
DSP 有什么作用
某些示波器专门使用 DSP 扩展带宽,而带宽则是任何示波器公认的指标。在最简单的形式中, DSP 创建滤波功能,抵消指定频率范围顶端的滚降。为了解这一概念,我们将依次简要回顾基础知识。
在理想情况下,示波器会在大多数指定带宽 ( 从 DC 开始 ) 中表现出相当平滑均匀的模拟频响特点,然后在接近频率上限时逐渐滚降。因此,带宽定义为频响幅度相对于 DC 幅度降低 3 dB 的频率。业内把它速记为“ 3 dB 点”。
图 1 是具有 4 GHz 实际模拟带宽的 DSO 的一对频响图。蓝色虚线定义了教科书中完美的带宽包络,红线则接近实际环境中的示波器频响曲线。
图 1: 模拟带宽为 4 GHz 的示波器的频响曲线
在每个地方,红线都偏离理想包络,偏差成为测量的一部分。例如, 1 GHz 和 2 GHz 之间的下降意味着在该频段内,测得的信号在显示屏上将显示得略小于实际幅度。为获得最佳的信号保真度,使这些偏差达到最小至关重要。
现在考虑一下 图 2 。这是同一部示波器的 DSP 扩展后的频响曲线,现在作为 5 GHz 示波器提供。 3 dB 点实际上位于 5 GHz ,注意频率轴已经重新定标。 4 GHz 边界以外发生的情况在很大程度上依赖 DSP 实现技术的质量。
图 2: DSP 把 4 Ghz 频响扩展到 5 GHz.
