儀器儀表商情網(wǎng)訊：數(shù)據(jù)通信速率不斷提高，推動(dòng)著對(duì)60-70 GHz 范圍內(nèi)超高帶寬實(shí)時(shí)示波器的需求。這些儀器對(duì)驗(yàn)證和調(diào)試相干光調(diào)制分析、高能物理研究、高速數(shù)據(jù)通信和其他領(lǐng)域中的新設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通過DPO70000SX 高性能示波器系列，泰克提供了實(shí)時(shí)信號(hào)采集、70 GHz 超高帶寬及200 GS/s 實(shí)時(shí)采樣率 (5ps/ 樣點(diǎn)分辨率)，為這些應(yīng)用提供了理想的解決方案。
如圖1 所示，DPO70000SX 采用5.25 英寸儀器封裝，既可以作單通道系統(tǒng)操作，提供70 GHz 帶寬、200 GS/s 采樣率，適用于RF 和光應(yīng)用、脈沖式激光器研究及類似的高能物理應(yīng)用；也可以作為雙通道系統(tǒng)操作，每條通道提供33 GHz 帶寬、100 GS/s 采樣率，適用于企業(yè)高速串行應(yīng)用及要求差分信號(hào)輸入的其他應(yīng)用。
圖1: DPO70000SX 系列示波器外觀緊湊，高僅5.25 英寸，可以放在標(biāo)準(zhǔn)3U 機(jī)架空間中
稱為UltraSync 的泰克精密定時(shí)同步技術(shù)為高性能多通道測(cè)量系統(tǒng)建立了所需的精確通道間定時(shí)穩(wěn)定性。最多四臺(tái)DPO70000SX 示波器可以作為一臺(tái)儀器操作，同時(shí)提供了與獨(dú)立式單臺(tái)示波器相同的測(cè)量精度和易用性。
由于外形緊湊和UltraSync 技術(shù)以及多種其他創(chuàng)新，包括異步時(shí)序交織技術(shù)(ATI)，DPO70000SX 開創(chuàng)了前所未有的超高性能示波器功能。200 GS/s 采樣率和深內(nèi)存選項(xiàng)相結(jié)合，在長(zhǎng)時(shí)間周期內(nèi)提供了5ps/ 樣點(diǎn)的分辨率。
正如泰克白皮書《實(shí)時(shí)示波器帶寬擴(kuò)展技術(shù)》中詳細(xì)介紹的那樣，ATI 是一種獨(dú)特的數(shù)字化整個(gè)輸入信號(hào)頻譜的方法。它擁有信號(hào)路徑對(duì)稱性，保持信噪比，提高保真度。兩條對(duì)稱采集路徑中每條路徑都數(shù)字化整個(gè)輸入信號(hào)，然后采用能夠保持信號(hào)及降低噪聲的專利方法重組信號(hào)。
本文討論了我們?yōu)槭裁匆档蛢x器封裝，以及使用緊湊的外形本身有哪些主要優(yōu)勢(shì)，比如通過多機(jī)配置實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充能力、分布式處理加快信號(hào)分析速度、靈活布局、縮短DUT 與示波器之間的信號(hào)路徑。本文還深入介紹了泰克UltraSync 技術(shù)。
縮小外形
DPO70000SX 是為裝在3U 機(jī)架空間中設(shè)計(jì)的，明顯要小于超高帶寬類別中的其他示波器。盡管物理尺寸小，但每臺(tái)DPO70000SX 示波器都提供了傳統(tǒng)臺(tái)式示波器的全部特性和功能。其標(biāo)配提供了與當(dāng)今MSO/DPO70000 示波器相同的高級(jí)功能，如抖動(dòng)分析、信號(hào)路徑反嵌或頻譜分析，并能夠利用全部軟件解決方案、探頭、夾具和其他附件。
長(zhǎng)期以來，決定示波器物理尺寸的其中一個(gè)因素是需要包括足夠大的內(nèi)置監(jiān)視器屏幕，以便能夠舒服地一次觀察幾小時(shí)的數(shù)據(jù)。監(jiān)視器尺寸過去一直是一個(gè)重要的考慮因素，但由于大型外置平板監(jiān)視器的上市，實(shí)驗(yàn)室使用的示波器現(xiàn)在已經(jīng)不用再考慮尺寸問題。
對(duì)當(dāng)今大多數(shù)工程師來說，首選選項(xiàng)是把一臺(tái)外置監(jiān)視器及鍵盤和鼠標(biāo)連接到示波器上，如圖2 所示。
有些人這樣做，是為了把儀器區(qū)域與工作位置分開，從而更方便、更舒服。有些人這樣做，則是因?yàn)楫?dāng)前光調(diào)制應(yīng)用和大型分析軟件環(huán)境( 如MATLAB) 可以更方便地用于顯示區(qū)域和分辨率都要高于示波器合理水平的屏幕。
圖2：工程師使用示波器的方式已經(jīng)出現(xiàn)本質(zhì)變化，現(xiàn)在許多工程師首選連接大型外置監(jiān)視器及鼠標(biāo)和鍵盤
DPO70000SX 支持多臺(tái)外置監(jiān)視器，包括觸摸屏，提升生產(chǎn)效率。此外，許多用戶還更進(jìn)一步，使用遠(yuǎn)程桌面——微軟Microsoft Windows 的標(biāo)配組件，遠(yuǎn)離嘈雜的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，坐在椅子上、甚至在家庭辦公室中舒服地使用和管理示波器。
除了顯示器尺寸更小外，DPO70000SX 還最大限度地降低了示波器上的前面板控件數(shù)量。但它有一個(gè)選配的輔助前面板( 如圖3 所示)，提供的用戶控件與泰克DPO7000 和MSO/DPO70000 系列示波器上提供的控件和指示燈一模一樣。輔助前面板有用戶熟悉的Run/Stop 按鈕，可以直接進(jìn)行控制；另外還有與泰克示波器相同的垂直設(shè)置、水平設(shè)置和觸發(fā)設(shè)置、多功能粗調(diào)和微調(diào)及其他控件。通過輔助前面板，用戶可以從方便的位置全面控制DPO70000SX，同時(shí)把示波器放在最優(yōu)化的信號(hào)采集位置。
由于泰克UltraSync 高性能同步和控制總線的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)由最多四臺(tái)DPO70000SX 示波器組成的多機(jī)系統(tǒng)。
UltraSync 結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)多機(jī)采集系統(tǒng)中的觸發(fā)，本身的典型通道間抖動(dòng)不到500fs rms。也就是說，在多臺(tái)DPO70000SX 示波器使用UltraSync 電纜連接起來時(shí)，如圖4 所示，它們提供的功能相當(dāng)于一臺(tái)擁有多條高速通道的高性能示波器。例如，雙機(jī)系統(tǒng)同步兩臺(tái)示波器，提供了兩條70 GHz、200 GS/s 通道或四條33 GHz、100 GS/s 通道。
UltraSync 技術(shù)采用12.5 GHz 采樣時(shí)鐘參考信號(hào)，其來自主設(shè)備，每臺(tái)擴(kuò)展儀器使用這個(gè)信號(hào)在數(shù)字化過程中同步采樣位置。擴(kuò)展儀器通過PCI Express 第二代x4 鏈路控制，這條鏈路支持2 GB/s 快速數(shù)據(jù)傳送速率，管理到主設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。UltraSync 控制多機(jī)系統(tǒng)中所有儀器的觸發(fā)，因此任何設(shè)備都可以作為協(xié)調(diào)觸發(fā)源。
UltraSync 結(jié)構(gòu)本身擁有的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)來自分布式處理：每臺(tái)擴(kuò)展儀器都為主設(shè)備提供了全面校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。在到達(dá)主設(shè)備時(shí)，波形已經(jīng)被全面處理，主設(shè)備不再需要進(jìn)行任何進(jìn)一步處理。這創(chuàng)造了一個(gè)分布式處理環(huán)境，降低了主設(shè)備上的計(jì)算負(fù)載。
任何儀器都可以作為主設(shè)備或擴(kuò)展設(shè)備操作，不需要單獨(dú)的控制單元。主設(shè)備取決于UltraSync 電纜連接方式，用戶只需移動(dòng)電纜連接，就可以簡(jiǎn)便地改變指定的主設(shè)備。圖5 所示的圖形配置管理器幫助檢驗(yàn)電纜連接，指明通道標(biāo)識(shí)。一旦連接到位，示波器會(huì)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，確定不同設(shè)備之間的時(shí)序關(guān)系。
從用戶角度看，UltraSync 總線設(shè)置起來非常簡(jiǎn)便。電纜采用顏色編碼，設(shè)置簡(jiǎn)單；連接通過UltraSync 配置管理器檢驗(yàn)。同時(shí)，UltraSync 明顯改善了系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)充能力。
重新界定擴(kuò)充能力
擁有四條內(nèi)置采集通道的傳統(tǒng)高性能示波器雖然本身功能強(qiáng)大，但實(shí)際上擴(kuò)充能力有限。它有四條通道，當(dāng)然也可能有多有少，但不能變化。DPO70000SX 改變了這種局面，工程師可以在某個(gè)時(shí)點(diǎn)根據(jù)自己的需求為手邊的任務(wù)確定適當(dāng)?shù)呐渲茫瑥亩梢悦黠@提高生產(chǎn)效率，同時(shí)降低購(gòu)置費(fèi)用。
由于這種擴(kuò)充能力，工程師可以在性能或通道數(shù)量需求變化時(shí)，順序投資于示波器系統(tǒng)。例如，實(shí)驗(yàn)室可以購(gòu)買兩臺(tái)DPO70000SX 示波器，提供兩條200 GS/s 采樣率的70 GHz 通道，滿足當(dāng)前的測(cè)試需求。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室可以在將來擴(kuò)容，只需在系統(tǒng)中再增加兩臺(tái)示波器，就可以滿足要求四條70GHz 通道的下一代應(yīng)用需求。
通過把多臺(tái)示波器拆開，按需重新部署到其他項(xiàng)目，系統(tǒng)還可以簡(jiǎn)便地減容，最大限度地利用資本投入。例如，在要求四條70 GHz 通道的項(xiàng)目竣工時(shí)，實(shí)驗(yàn)室可以簡(jiǎn)便地把這些示波器重新部署到其它實(shí)驗(yàn)室。四機(jī)配置可以一拆為二，變成兩個(gè)系統(tǒng)；還可以進(jìn)一步拆分成單機(jī)系統(tǒng)，用戶只需拔下UltraSync 電纜，這樣四個(gè)項(xiàng)目每個(gè)項(xiàng)目都可以使用一臺(tái)儀器。
其他廠商的多機(jī)系統(tǒng)則沒有這樣的靈活性。例如，力科10Zi 要求單獨(dú)的控制器單元才能操作系統(tǒng)，主設(shè)備和擴(kuò)展設(shè)備要在出廠時(shí)預(yù)先配置，用戶不能單獨(dú)拆開。
為方便起見，泰克提供了一個(gè)選項(xiàng)，用戶可以購(gòu)買兩臺(tái)DPO70000SX 系列示波器，一起配置成DPS70000SX 示波器系統(tǒng)。DPS77004SX 系統(tǒng)提供了兩條200 GS/s 的70 GHz 通道，特別適合差分高速串行信號(hào)分析等應(yīng)用。兩個(gè)DPS77004SX 系統(tǒng)可以一起配置及操作，提供了總共四條70 GHz 通道的多機(jī)系統(tǒng)。DPS73308SX 提供了四條100 GS/s 的33 GHz 通道，支持雙偏振相干光調(diào)制分析等應(yīng)用。
前所未有的布局選項(xiàng)
由于外形緊湊，DPO70000SX 可以整合到更小的機(jī)架空間中，布局的緊密度和靈活性都要優(yōu)于普通的臺(tái)式儀器。這種靈活性在最大限度地降低DUT 與ATI 輸入連接器之間的路徑中發(fā)揮著重要作用。
DPO70000SX 外觀緊湊，在一臺(tái)示波器堆疊在另一臺(tái)示波器頂部時(shí)，綜合系統(tǒng)的高度只相當(dāng)于一臺(tái)泰克高性能示波器( 參見圖6)，要矮于其他廠商提供的系統(tǒng)。例如，堆疊在一起的兩臺(tái)DPO70000SX示波器的高度只有12 英寸，要低于Keysight Infiniium Z 系列示波器的13.3 英寸。盡管物理尺寸較小，但DPO70000SX 雙機(jī)配置實(shí)際上是一種帶寬更高的系統(tǒng)：Keysight Z 系列有兩條63 GHz 通道，而通過電纜連接起來的DPO70000SX 雙機(jī)系統(tǒng)則提供了兩條70 GHz 通道。
工程師們需要靈活地放置示波器、DUT 和其他儀器，因?yàn)槊恳环N測(cè)試情況都可能要通過略微不同的布局進(jìn)行優(yōu)化。UltraSync 電纜分成1 米長(zhǎng)和2 米長(zhǎng)兩種長(zhǎng)度，可以適應(yīng)幾乎任何物理環(huán)境，而又不會(huì)降低性能或精度。
1 米電纜適合由多臺(tái)均勻堆疊的儀器組成的典型雙機(jī)配置和四機(jī)配置。通過使用更長(zhǎng)的2 米電纜，多臺(tái)儀器可以以各種角度排列，適合特定的DUT 布局。例如，儀器在插件和背板應(yīng)用中以直角方式放置，在相干光調(diào)制應(yīng)用中則面對(duì)面放置，如圖7 所示。可以采取配套的電纜長(zhǎng)度，校正系統(tǒng)時(shí)延，實(shí)現(xiàn)精確的通道間時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。如這個(gè)實(shí)例所示，下面的示波器還可以倒放，使中心輸入的位置相互距離很近，使電纜很短，而且長(zhǎng)度完全相等。
DPO70000SX 上的輸入連接器位置和間距采取專門設(shè)計(jì)，因此一臺(tái)示波器可以倒放，縮短信號(hào)路徑長(zhǎng)度。在一臺(tái)示波器倒放、堆疊在另一臺(tái)示波器下面時(shí)，兩個(gè)70 GHz ATI 輸入都位于示波器中心，相互距離只有幾英寸( 圖8)。另外還有一些設(shè)計(jì)考慮因素，以便盡量簡(jiǎn)單穩(wěn)定，比如采用了特殊的可重復(fù)配置的儀器支腳，與金屬板的“凹槽”配合，防止堆疊儀器滑動(dòng)；側(cè)面板中的鉆孔/ 螺孔則可以使用托架通過螺釘把兩臺(tái)示波器連接在一起。
由于這些思路和其他設(shè)計(jì)理念，DPO70000SX 系統(tǒng)異常靈活，可以在DUT 與示波器之間實(shí)現(xiàn)超短信號(hào)路徑，保持信號(hào)保真度，確保最佳的分析結(jié)果。
需要處理高速信號(hào)的應(yīng)用已經(jīng)開始要求70 GHz 左右的帶寬，包括相干光應(yīng)用、RF、激光光譜研究、100G 數(shù)據(jù)通信和高速串行分析，以支持當(dāng)前應(yīng)用，滿足未來要求。但這些應(yīng)用要求示波器不僅僅要提供原始性能，還要提供配置靈活性和擴(kuò)充能力，適應(yīng)需求變化。
由于外形緊湊及UltraSync 技術(shù)，DPO70000SX 超高帶寬示波器滿足及超越了這些要求，客戶可以在需求變化時(shí)擴(kuò)充性能和功能，并通過分布式處理加快信號(hào)分析速度，并利用靈活的布局，縮短DUT和示波器之間的信號(hào)路徑。
