多通道高帶寬同步采集系統(tǒng)

2)觸發(fā)信號(hào)偏斜和抖動(dòng)

為了使每臺(tái)示波器在同一時(shí)刻采集數(shù)據(jù)，必須同時(shí)觸發(fā)，需要一個(gè)共同的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)電纜、探頭或者其他電路網(wǎng)絡(luò)輸入到各臺(tái)示波器。觸發(fā)信號(hào)傳播網(wǎng)絡(luò)的延遲差異顯然會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)信號(hào)到達(dá)各示波器的時(shí)刻有偏斜，如圖7虛線所示路徑。而且每臺(tái)示波器的觸發(fā)電路都有觸發(fā)抖動(dòng)（Trigger jitter）。單臺(tái)示波器的4個(gè)通道由一個(gè)觸發(fā)電路控制，即使觸發(fā)抖動(dòng)再大，4通道之間沒(méi)有相對(duì)觸發(fā)抖動(dòng)。但多臺(tái)示波器就有多個(gè)觸發(fā)電路，各觸發(fā)電路的抖動(dòng)又不相關(guān)?？紤]一個(gè)最壞情況，在一次采集中，一臺(tái)示波器的觸發(fā)抖動(dòng)是1ps，另外一臺(tái)可能是-1ps，那么這兩臺(tái)示波器通道之間因?yàn)橛|發(fā)抖動(dòng)產(chǎn)生的時(shí)序偏斜就有2ps。

圖7多臺(tái)示波器觸發(fā)信號(hào)的偏斜

3)信號(hào)通道偏斜
信號(hào)從進(jìn)入示波器輸入接口，經(jīng)過(guò)前端模擬電路，到達(dá)ADC，這一段行程需要一定傳播時(shí)間，一臺(tái)示波器各個(gè)通道的信號(hào)傳播時(shí)間不可能完全一致，多少有一些差異，一般較小。但不同示波器之間的通道偏斜可能很大。

以上影響同步精度的因素，有的是靜態(tài)誤差，有的是動(dòng)態(tài)誤差，總結(jié)如下：

靜態(tài)誤差一般可以通過(guò)校準(zhǔn)方式來(lái)消除，而動(dòng)態(tài)誤差難以消除。對(duì)于單臺(tái)示波器，時(shí)鐘抖動(dòng)可以控制得比較小，觸發(fā)抖動(dòng)也可以不計(jì)，但在多臺(tái)示波器同步方式下，時(shí)基時(shí)鐘的抖動(dòng)將顯著提高，觸發(fā)抖動(dòng)也不能忽略。
試驗(yàn)4臺(tái)某品牌示波器組成的20GHz帶寬、16通道同步采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，在任意兩個(gè)通道輸入同相、高信噪比、低抖動(dòng)的6GHz正弦信號(hào)，測(cè)量其相位差。多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差超過(guò)9度，相當(dāng)于兩通道之間時(shí)序抖動(dòng)的有效值為4.17ps。在某些應(yīng)用中，采集系統(tǒng)引入此程度的誤差已經(jīng)不能接受。

與多個(gè)單臺(tái)示波器不同，LabMaster由一個(gè)主控模塊和若干采集模塊構(gòu)成，每個(gè)采集模塊可提供4個(gè)采集通道。如下圖，是1個(gè)主控模塊和5個(gè)采集模塊配置在一起組成的20通道采集系統(tǒng)。主控模塊通過(guò)兩套電纜與各個(gè)采集模塊相連。一個(gè)是時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)（圖中的ChannelSync）,一個(gè)是數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò)。

圖 8 LabMaster結(jié)構(gòu)圖

LabMaster時(shí)基和觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)如圖 9，它具備兩個(gè)重要的特點(diǎn)：

1）每個(gè)采樣模塊的參考時(shí)鐘來(lái)源于主控模塊。一個(gè)專門的時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò)ChannelSync，直接把10GHz時(shí)基時(shí)鐘分配到每個(gè)采集模塊，整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)時(shí)基電路。ChannelSync采用了高穩(wěn)相電纜，對(duì)信號(hào)的保真度高。并且由于時(shí)基時(shí)鐘頻率高、擺率大，受幅度噪聲的影響小。

圖 9 LabMaster時(shí)基和觸發(fā)結(jié)構(gòu)

2）所有模塊的每個(gè)通道都由主模塊的觸發(fā)電路控制，即使這個(gè)觸發(fā)電路有觸發(fā)抖動(dòng)，也不影響通道之間的相對(duì)時(shí)序關(guān)系。

從上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，LabMaster本質(zhì)上就是一個(gè)單臺(tái)示波器，避免了多臺(tái)示波器同步方式的種種弊端。用這套示波器系統(tǒng)按前述同樣的方法來(lái)評(píng)估，通道之間相位差的標(biāo)準(zhǔn)偏差只有1.1度，相當(dāng)于509fs的時(shí)序抖動(dòng)，同步精度大大優(yōu)于多臺(tái)示波器同步方式。
三.結(jié)束語(yǔ)
搭建多臺(tái)示波器實(shí)現(xiàn)的多通道采集系統(tǒng)，實(shí)際是一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的集成，除了需要配置參考時(shí)鐘源、時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)、觸發(fā)信號(hào)分配網(wǎng)絡(luò)以外，往往需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)示波器進(jìn)行程控。更復(fù)雜的是，需要一個(gè)校準(zhǔn)系統(tǒng)來(lái)完成前文提到的靜態(tài)誤差的消除。這個(gè)系統(tǒng)的集成過(guò)程不僅復(fù)雜，使用也很繁瑣。而LabMaster本質(zhì)就一個(gè)單臺(tái)儀器，無(wú)需額外的系統(tǒng)集成就可以使用，并且自帶校準(zhǔn)源，可以很方便地進(jìn)行校準(zhǔn)。
因此對(duì)于需要多通道、高帶寬、高采樣率、高同步精度的應(yīng)用場(chǎng)合，LabMaster無(wú)疑是目前業(yè)界唯一的選擇。

參考文獻(xiàn)
[1] ChannelSync White Paper. LeCroy Corporation.
[2] LabMaster 9 Zi-A Oscilloscope Getting Started Manual. LeCroy Corporation.