DSO中的內(nèi)插技術(shù) (數(shù)字示波器重要功能的使用)

試驗(yàn)：
以10 GS/s采樣率應(yīng)用6 GHz正弦曲線


力科WaveMaster 8620A，使用SinX內(nèi)插 泰克6604，使用SinX內(nèi)插

備注：
這一試驗(yàn)不符合邏輯，因?yàn)? GHz超過5 GHz的內(nèi)奎斯特速率，但我們使用這一試驗(yàn)說明在SinX內(nèi)插中止時(shí)會(huì)發(fā)生的情況。

只有力科和安捷倫示波器能夠觸發(fā)這一波形，但有一定難度，泰克示波器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)。

力科和泰克示波器在算法中展現(xiàn)了可預(yù)測的分類結(jié)果。安捷倫示波器只能得到一條直線。這不是預(yù)計(jì)的行為。這是一種荒謬的情況，不論如何都應(yīng)避免這種情況。

安捷倫54855A，使用SinX內(nèi)插

試驗(yàn)：
20 GS/s時(shí)的6 GHz正弦曲線


力科WaveMaster 8620A，使用SinX內(nèi)插 泰克6604，使用SinX內(nèi)插

備注：
只有力科和安捷倫示波器能夠觸發(fā)這一波形，但有一定難度，泰克示波器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)。

由于高采樣率，力科和安捷倫示波器展現(xiàn)了預(yù)計(jì)的完美SinX內(nèi)插性能。泰克示波器在結(jié)果中顯示了部分幅度調(diào)制，但這沒有被視為內(nèi)插結(jié)果，而是通道復(fù)用性能。如果沒有生成穩(wěn)定觸發(fā)，很難確定這一劣化的來源。

安捷倫54855A，使用SinX內(nèi)插

高端DSO中的內(nèi)插實(shí)現(xiàn)方案差異

我們?cè)O(shè)計(jì)了上一節(jié)中應(yīng)用的試驗(yàn)，演示了內(nèi)插有效性與信號(hào)頻率成分和示波器采樣率相關(guān)，但負(fù)面效應(yīng)進(jìn)一步演示了內(nèi)插算法實(shí)現(xiàn)方案中的重要差異。

示波器之間的其它重要差異是內(nèi)插規(guī)則。

所有力科DSO都提供了SinX內(nèi)插模式。在力科全系列X-Stream DSO上，可以通過通道設(shè)置菜單控制內(nèi)插，每條通道支持不同的內(nèi)插選擇。在以前的力科示波器型號(hào)上，則通過演算曲線提供SinX內(nèi)插。

WaveMaster在通道設(shè)置菜單中提供了兩種內(nèi)插選擇：Linear或SinX。這種描述的用詞實(shí)際上是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)檫x擇線性內(nèi)插實(shí)際上是沒有內(nèi)插。選擇SinX內(nèi)插會(huì)導(dǎo)致示波器在采集的每個(gè)實(shí)際樣點(diǎn)之間生成9個(gè)額外的點(diǎn)，從而使采樣率提高10倍。在默認(rèn)狀態(tài)下會(huì)選擇線性(或無)內(nèi)插。力科的策略是在不知道輸入信號(hào)時(shí)，在默認(rèn)狀態(tài)下應(yīng)關(guān)閉內(nèi)插，示波器應(yīng)默認(rèn)只使用采集的波形點(diǎn)。

顯示畫面可以設(shè)置成只顯示點(diǎn)或直線。在選擇點(diǎn)時(shí)，將只顯示波形點(diǎn)，包括任何內(nèi)插的點(diǎn)。在選擇直線時(shí)，會(huì)在每個(gè)波形點(diǎn)之間畫一條直線，僅包括顯示畫面上內(nèi)插的點(diǎn)。

下表詳細(xì)介紹了在WaveMaster上怎樣應(yīng)用內(nèi)插及怎樣顯示波形的規(guī)則。


安捷倫和泰克的內(nèi)插功能明顯不同。

泰克示波器提供了兩種波形內(nèi)插選項(xiàng)：Linear和SinX，但與力科實(shí)現(xiàn)方案不同，線性內(nèi)插會(huì)實(shí)際內(nèi)插額外的點(diǎn)。在默認(rèn)情況下會(huì)啟動(dòng)SinX內(nèi)插。在波形生成中是否實(shí)際使用內(nèi)插取決于時(shí)基設(shè)置和請(qǐng)求的點(diǎn)數(shù)?；旧?，泰克把采集時(shí)間周期除以采樣周期，如果這個(gè)數(shù)值小于請(qǐng)求的點(diǎn)數(shù)，那么它會(huì)內(nèi)插，生成請(qǐng)求的數(shù)量。不管波形中是否內(nèi)插點(diǎn)，泰克示波器似乎都在內(nèi)部測量中使用SinX內(nèi)插。泰克提供三種顯示樣式：點(diǎn)、矢量(直線)和放大的樣點(diǎn)。在波形生成中，唯一使內(nèi)插失效的方式是使用放大樣點(diǎn)顯示模式。

安捷倫允許關(guān)閉或打開SinX內(nèi)插，允許在顯示模式中使用點(diǎn)或直線。與泰克一樣，安捷倫的判斷基于是否內(nèi)插時(shí)基設(shè)置，在低于500 ps/div的時(shí)間/格設(shè)置時(shí)內(nèi)插最多16個(gè)額外的點(diǎn)，在高于50 ns/div時(shí)不內(nèi)插額外的點(diǎn)。如果顯示樣式選擇直線，那么將在各點(diǎn)之間劃直線，甚至包括內(nèi)插的點(diǎn)。這與力科實(shí)現(xiàn)方案類似，但這些直線也出現(xiàn)在余輝曲線中，力科從不會(huì)把直線放在余輝曲線中。



下表比較了示波器的行為：

現(xiàn)在，讀者應(yīng)該很想知道不同操作的原因。我猜想部分原因可能是示波器之間的硬件限制。此外，由于內(nèi)插對(duì)處理不敏感，因此有人試圖在大的波形中降低內(nèi)插令更新速率下降的影響，這進(jìn)一步提高了參與競爭的示波器的復(fù)雜程度。

注1 部分專用測量采用線性內(nèi)插之外的內(nèi)插技術(shù)

在這方面，力科WaveMaster之所以能夠?qū)崿F(xiàn)簡單操作，是因?yàn)槠鋁-Stream?架構(gòu)是為異常高效地處理大量的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的。WaveMaster有效使用2.53 GHz工作頻率的Pentium 4處理器，這是示波器中使用的最強(qiáng)大的處理引擎。

功能差異的另一個(gè)原因源自力科和其它示波器廠商的基本理念差異。安捷倫和泰克主要根據(jù)time/div設(shè)置改變內(nèi)插行為。在采集時(shí)間周期變大時(shí)，這兩種競爭的示波器都抵制內(nèi)插。換句話說，在采樣時(shí)間周期變大時(shí)，內(nèi)插改善的采樣率會(huì)下降。由于較大的time/div設(shè)置一般會(huì)降低用戶獲得的波形特點(diǎn)信息，因此除非使用放大，否則這一行為傳達(dá)的基本信息是：除非要查看精細(xì)的特性，否則波形采集中不需要更高的分辨率和精度。力科嚴(yán)肅地看待這類儀器行為。我們認(rèn)為，波形分析中的測量結(jié)果不應(yīng)依賴于目前在屏幕上看到的東西。

這里，time/div設(shè)置成2.5 ns/div，點(diǎn)數(shù)設(shè)置成500。泰克示波器確定不需要使用內(nèi)插。但如果放大波形，它會(huì)在很大程度上內(nèi)插放大曲線。

顯然，泰克示波器對(duì)內(nèi)部測量采用SinX內(nèi)插，而不管使用的示波器設(shè)置是什么。

安捷倫示波器，20 GS/s、100 ps/div、啟動(dòng)SinX內(nèi)插。正弦波看上去很好，測量精度很高。

時(shí)基設(shè)置成200 ns/div，以采集大量的樣點(diǎn)。由于采集時(shí)間較長，屏幕上的正弦波視圖是模糊的。在這種設(shè)置下，測量中顯示了?，表示示波