示波器精确测量微小信号

时间：2023-03-16作者：佚名

一般来讲，当用示波器在低于10 mV/div的档位进行测量时，通常会通过限制测量带宽的方法将噪声尽可能地压低。而R&S®RTO却不同：它甚至可以在最敏感的小信号档位提供全带宽，并且用超过7位有效位的 A/D 转换器来进行信号量化。

图 1：R&S®RTO 示波器甚至在垂直方向灵敏度达 1 mV/div 情况下也可提供全带宽测量。

1 您的任务

移动设备在变得越来越小的同时功能却越来越多，客户还期望电池使用时间能更长一点。降低耗电量是此类装置设计中面临的最大考验。尽量保持低压供电，以便在高速数据传输情况下将耗电量降至最小。因此设计中大量采用了低摆幅信号与低压差分信号 (LVDS) 。低摆幅度信号在模拟和混合电路中也很普遍，与前面所述原因相同，如 D/A 转换器和放大器中也使用了低电压信号。传统示波器在高垂直灵敏度下，不能提供全带宽测试此类信号，这样会使高精度测量非常难或者不可能完成– R&S®RTO现在可以帮助解决这一问题（见图 1）。

2 测量测试解决方案

用于测量高频信号的有源探头通常采用 10:1的分压，这会将原来的小信号的幅度压低到原来幅度的1/10。当测量电压摆幅为 350 mV 的 LVDS 信号时，示波器只输入了35 mV 的电压摆幅。示波器的垂直刻度应设定为 40 mV/div或4 mV/div 以便优化信号显示（见图 2）。R&S®RTO示波器具备高性能的模拟前端放大器，可将灵敏度调至 1mV/div，充分利用 A/D 转换器的全部动态范围。其他示波器使用软件放大，仅仅放大了信号在屏幕上的显示比例，但实际仅仅利用了 A/D 转换器的一小部分，测量误差巨大。另外，由于R&S®RTO 示波器的本底噪音很低，也就无需通过采用限制输入信号带宽的办法进一步降低噪声，在最高的灵敏度设置下可以做到全带宽精确测量。

图 2：此图显示一个 500 Mbit/s LVDS 全带宽信号（黄色）以及采用有源探头探测到的 500 MHz 和 250 MHz 的过滤信号（白色为其踪迹）。垂直分辨率为 40 mV/div （基准单位：4 mV/div ，源于探头 10:1 的衰减率）。

3 基于单核 A/D 转换器的高动态范围

真正衡量信号数字量化精度的指标是 A/D 转换器的有效位数 (ENOB)。尤其是信号幅度小速度快的数据总线对动态范围有着更严格的要求。高带宽数字示波器常采用 8位 A/D 转换器。这些转换器通常由多路慢速、交织工作的转换器和复用器组成。然而，由于各个转换器性能并不统一，集成的转换器越多，发生误差的概率越高。 R&S®RTO 示波器不受这些限制。R&S®RTO 采用了单核结构的 10 Gsample/s 转换器，由一个单核的转换器将采集到的模拟信号转换为 8 位数字信号。单核结构减小信号失真并可获得高于 7 位的有效位（见图 3）。信号的测量精度也取决于与信号频率相关的示波器带宽和前端的内部底噪声。