32GHz帶寬實(shí)時(shí)示波器技術(shù)揭秘（五）

　　去嵌入或加嵌入技術(shù)

　　隨著電路系統(tǒng)的體積越來(lái)越小，電路密度越來(lái)越高，封裝越來(lái)越高級(jí)，信號(hào)速度越來(lái)越快，電路材料FR4卻因成本原因一直被采用，均衡技術(shù) （和加重、去加重技術(shù)）只能解決接收端如何盡可能正確恢復(fù)信號(hào)的要求。在很多時(shí)候，我們需要更多的數(shù)學(xué)處理技術(shù)來(lái)完成高質(zhì)量的測(cè)試，比如：

　　去嵌入：去掉信號(hào)路徑中所有因素的影響；

　　去插入損耗：去掉信號(hào)路徑中插入損耗因素的影響；

　　加嵌入：考慮增加一段信號(hào)路徑后帶來(lái)的影響；

　　虛擬探頭：用虛擬的高阻探頭來(lái)測(cè)電壓波形；

　　參考測(cè)量面移動(dòng)：實(shí)際可測(cè)點(diǎn)和想測(cè)的點(diǎn)位置不同，考慮數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)測(cè)量參考面的移動(dòng)。

　　以上的數(shù)學(xué)處理技術(shù)，一般用去嵌入或加嵌入來(lái)統(tǒng)稱(chēng)，但也有其它不同的表述方式，實(shí)現(xiàn)方法或復(fù)雜或簡(jiǎn)單，但基本上是要求提供信號(hào)路徑的S參數(shù)，如圖6，一個(gè)脈沖碼型發(fā)生器產(chǎn)生3Gbps的偽隨機(jī)信號(hào)，用一根6米長(zhǎng)的電纜來(lái)連接到示波器以便測(cè)試。長(zhǎng)電纜對(duì)高頻信號(hào)是有損耗的，如圖6左面波形所示，101010這樣的高速序列信號(hào)幅度往往被衰減，圖6右邊采用去嵌入技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，你會(huì)發(fā)現(xiàn)信號(hào)幅度被補(bǔ)償回來(lái)。從左圖波形到右圖波形，中間關(guān)鍵是找到那個(gè)傳遞函數(shù)，而在實(shí)際工作中，是借助S參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，長(zhǎng)電纜的損耗體現(xiàn)在S參數(shù)上，主要是S12。

圖6 去嵌入技術(shù)的核心是傳遞函數(shù)的確定，實(shí)現(xiàn)的方法則是借助仿真或?qū)崪y(cè)的S參數(shù)

　　加嵌入和去嵌入是相反的過(guò)程，我們可以考慮直接連接被測(cè)對(duì)象的測(cè)試結(jié)果，然后再在被測(cè)對(duì)象和示波器間加上一段長(zhǎng)電纜，如何推算出加一段電纜之后的測(cè)試結(jié)果？圖7給出了一個(gè)例子，只要提供這根電纜的S參數(shù)即可，圖的左邊顯示的是傳遞函數(shù)，右邊則是脈沖響應(yīng)和階躍響應(yīng)，頻域工程師可能喜歡看左邊的圖，時(shí)域工程師則可能喜歡右邊的圖，從右邊的圖可以直接看出該電纜帶來(lái)的時(shí)間延遲是15.2ns.

圖7 加嵌入的核心也是傳遞函數(shù)的確定，實(shí)現(xiàn)的方法也是借助仿真或?qū)崪y(cè)的S參數(shù)

　　因?yàn)榍度牒腿デ度爰夹g(shù)的核心部分是S參數(shù)的引入，有兩個(gè)概念，一個(gè)是實(shí)際測(cè)量到的波形，可能是在要測(cè)的被測(cè)點(diǎn)測(cè)到的，也可能是在距離想測(cè)的點(diǎn)一定距離處測(cè)得的，另一個(gè)是仿真波形或數(shù)學(xué)處理后的波形，后者是前者引入S參數(shù)仿真出的結(jié)果。實(shí)際測(cè)到的信號(hào)一定無(wú)可避免示波器的本底噪聲也在其中，引入S參數(shù)后的后續(xù)數(shù)學(xué)處理是對(duì)實(shí)際測(cè)試信號(hào)的放大或縮小，因此無(wú)可避免同時(shí)處理了示波器本底噪聲，磷化銦示波器因其本底噪聲很小，則不用過(guò)分擔(dān)心是否將無(wú)法剝離的示波器本底噪聲放大了，從而懷疑測(cè)量結(jié)果的可信度。

　　回到篇首，磷化銦示波器的出現(xiàn)，到底在哪一方面得到實(shí)質(zhì)性突破？我們可以看出其本底噪聲和本底測(cè)量抖動(dòng)底的極大改進(jìn)，使得各種數(shù)學(xué)處理軟件在高頻信號(hào)分析時(shí)更具意義，包括眼圖測(cè)量、均衡、去嵌入、加嵌入等技術(shù)，否則，若示波器硬件本身的誤差已經(jīng)不可忽視，再經(jīng)過(guò)各種數(shù)學(xué)處理分析后被放大，其誤差便可能直接影響測(cè)量結(jié)果的可信度。像眼圖測(cè)試的例子，實(shí)際上也許你的被測(cè)對(duì)象應(yīng)該是通過(guò)測(cè)試的，但因?yàn)槭静ㄆ髯陨碚`差大，反而告訴你測(cè)量結(jié)果不通過(guò)。當(dāng)然，這里要強(qiáng)調(diào)一下，本文的所有討論，只對(duì)高速被測(cè)信號(hào)有意義，如果測(cè)量的信號(hào)速度不高，便沒(méi)有這些差異性。