目前,数字示波器的实时带宽超过10 GHz,用于PCI-Express 2 (5Gbits),SATA3(6 Gbits )以及ZAUI2 (6.25 Gbits)的测量;而取样示波器的等效带宽达到100GHz,满足10- Gbits Ethernet,OC-192、OC-768以及其它超高速应用的需要。取样示波器的带宽较高,不过,这种示波器仅限于对信号完成部分进行详细测量,以及在串行数据通信中的眼图观察。由于取样速率低,难以捕捉较长数据类型的信号,所以很难用于抖动等的详细分析。现在有一种新的技术,可以更快,更准确进行这一类工作,这就是称为相干交错取样(CIS)技术。采用这一新技术的示波器称为近实时取样示波器(NRO),以与实时示波器相区别。
相干交错取样
顾名思义,CIS使用相位与待测信号时钟同步的取样脉冲,这是对传统取样技术的重大改进,传统取样技术只是利用触发信号的同步功能,而CIS则利用PLL的锁定功能,时基上用触发信号作相位基准。这样做明显地有两个优点:
·它无需对内部延时发生器进行校准,提高了测量的定时精度。
·PLL能过滤掉触发信号的抖动,从而保证测量规定的抖动,而与触发信号的质量无关。这对采用外部时钟恢复电路来产生触发信号的场合尤为重要。由于触发信号直接用作定时基准,传统的顺序时基将呈现附加的抖动,任何触发信号的抖动直接转换为定时误差。
为了进一步了解CIS的工作,首先考察一个重复位图形周期信号经PLL得到的,其频率略低于信号时钟的整分数倍。取样间隔是这样设置的,取样脉冲在待测信号的每个周期内采集一次信号。图1是一个8位数据图形,图形每隔LTb秒重复出现,这里L是图形长度,Tb是一个单元间隔(UI)的持续时间。取样速率与数据速率和图形长度有关,可用下式来确定:
SR=1/LTb
由此可知,即便对位长度较长的信号,取样速率仍可以取得较低。例如,1个1024位、2.5Gb/S信号,取样速率仅为2.4MS/s。
真正的CIS使用恒定的取样速率,与数据速率和位长度无关,从而提高基本相干取样的性能。为了保持取样速率恒定,将数据图形重复间隔(LTb)分成若干个段,利用段时间来确定相干取样频率。再次考察相同的8位图形,将数据分为两段(图2)。由于分段的缘故,数据取样不再按正常的时间顺序排列,而是交错地进行的,因此取样波形是在采集完成后重新排序获得的。CIS的取样速率由下式给出:
SR=KN/Tb(NL+K)
因子K是可变的,对任何们长度和速率能保持10MS/s的取样率。
近实时取样示波器
NRO采用CIS技术,取样器锁定在从输入信号中恢复的时钟上,取样速率略低于10MS/s,这样取样速率不是数据速率严格的整分数倍,让取样在图形的同一时间点上重复进行。示波器连续地捕获数据,并将数据存储器长度为4M点,最长可达512M点。
如上分析表明,NRO不是顺序地采集数据的,需用记录数据重新排序后来重构波形。由于数据采集技术的差异,CIS方法采集数据至少比顺序取样技术快50倍(10MS/S对于200KS/S);数据点多1000倍(4M点对4K点)。NRO的有效带宽在20GHz-100MHz。
NRO通常用来捕获重复的数据图形。但也可以对非重复的信号(包括现场的串行数据流)进行眼图的测试和抖动测量。CIS时基的取样脉冲与时钟信号锁相的,CIS时基的RMS抖动一般小于600fs,可选购的高稳定时基则能提供小于200fs的RMS抖动。在CIS模式中,4M点基本存储长度可以在长串行数据码型上完成抖动成分的分解;存储长度扩展到512M点时,更能捕获,显示、测量近数百万位的码型。