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我們通常都知道，在任何一款示波器的技術(shù)資料中觸發(fā)抖動(dòng)都是一個(gè)最常見(jiàn)的性能指標。不錯，自從示波器中應用了觸發(fā)電路以后，觸發(fā)抖動(dòng)就一直存在。而且，測量方法也很簡(jiǎn)單。不過(guò)其狹義的定義卻是鮮為人知，其應用也存在著(zhù)很大的限制。更糟糕的是，我們過(guò)去一直用來(lái)測量觸發(fā)抖動(dòng)的技術(shù)受到了示波器中其它誤差的嚴重影響。 圖1. 使用水平波形直方圖進(jìn)行傳統的觸發(fā)抖動(dòng)測量。 理論上，我們都希望示波器的性能指標能夠區分垂直誤差和水平誤差。這一點(diǎn)很重要，因為這兩種不同的誤差會(huì )對波形測量造成不同的影響。對于噪聲和抖動(dòng)來(lái)說(shuō)，我們希望能夠測量示波器添加到顯示波形的垂直噪聲，并對示波器添加到顯示波形的水平抖動(dòng)進(jìn)行獨立測量。為將這些特征與稍后將要討論的其他特征加以區分，我們將這兩個(gè)特征分別稱(chēng)為顯示噪聲和顯示抖動(dòng)。 在進(jìn)行深入探討之前，我們首先需要清楚地了解示波器的體系結構。圖2所示的就是示波器的簡(jiǎn)化抖動(dòng)模型。注意，該模型僅適用于重復采樣示波器和實(shí)時(shí)示波器。當然，為了便于理解顯示噪聲和顯示抖動(dòng)，實(shí)際的示波器電路中有很多獨立的噪聲源和抖動(dòng)源都可歸入這三種類(lèi)型。 圖2. 示波器的簡(jiǎn)化模型。 從這個(gè)模型可以清楚地看到，顯示抖動(dòng)實(shí)際上是兩個(gè)誤差源（觸發(fā)噪聲源和觸發(fā)抖動(dòng)源）共同作用的結果。也許您之前從未考慮過(guò)觸發(fā)電路中的輸入參考噪聲，但實(shí)際上應該考慮到這些因素。當瞬變信號越過(guò)選定的電壓閾值時(shí)，觸發(fā)電路就會(huì )檢測到這一變化。輸入信號的任何電壓誤差（噪聲）都會(huì )引起輸出信號的定時(shí)誤差（抖動(dòng)）。區分觸發(fā)抖動(dòng)和觸發(fā)噪聲非常重要，因為觸發(fā)噪聲對顯示抖動(dòng)的影響取決于輸入信號的轉換速率，而觸發(fā)抖動(dòng)則不然。觸發(fā)噪聲和觸發(fā)抖動(dòng)通常都是獨立的誤差源，所以它們對顯示抖動(dòng)的影響可用公式（1）表示。 公式（1）表明觸發(fā)抖動(dòng)實(shí)際上只是我們在示波器顯示屏上看到的一部分水平誤差。我們真正關(guān)心的是顯示抖動(dòng)，所以我們在示波器技術(shù)資料中應該公布顯示抖動(dòng)，而不只是觸發(fā)抖動(dòng)。 不過(guò)，公式（1）可能不是最適于在技術(shù)資料中使用的公式。由于觸發(fā)噪聲和顯示噪聲幾乎總是互成比例，因此，技術(shù)資料可能更喜歡使用公式（2）。觸發(fā)噪聲作為顯示噪聲的函數就會(huì )很方便。因為顯示噪聲容易測量，而且通常都已經(jīng)公布在技術(shù)資料中了。 不過(guò)，觸發(fā)噪聲的影響究竟有多大呢？讓我們看圖3，圖3是在Infiniium 80304B示波器上測得的顯示抖動(dòng)與轉換速率的關(guān)系圖。圖中最高轉換速率點(diǎn)對應的是正弦波輸入信號的半屏的峰峰值，頻率為示波器的最大帶寬。注意，顯示抖動(dòng)主要依賴(lài)于信號在示波器最高帶寬范圍內的轉換速率。因此，它必須由觸發(fā)噪聲來(lái)決定。否則，它就會(huì )在高于某個(gè)轉換速率的觸發(fā)抖動(dòng)值處趨于平穩。 圖3 . 在Infiniium 80304示波器上測得的顯示抖動(dòng)與轉換速率的圖形。 圖1是使用水平波形直方圖執行傳統觸發(fā)抖動(dòng)測量的實(shí)例。我們的方法是測量觸發(fā)信號越過(guò)觸發(fā)閾值的那些時(shí)間值的分布。根據前面的討論，顯然我們真正應該測量的是顯示抖動(dòng)，因為它包括了觸發(fā)噪聲和觸發(fā)抖動(dòng)兩方面的影響。 那么，使用這種技術(shù)來(lái)測量顯示抖動(dòng)有那些不足之處呢？我們的目標是測量顯示波形的水平抖動(dòng)，而它與垂直噪聲無(wú)關(guān)。不過(guò)，這種測量結果正和觸發(fā)電路相似。測得的閾值跨越的時(shí)間值會(huì )被垂直噪聲所干擾。 數十年來(lái)，我們確實(shí)一直在使用這種技術(shù)，并且欣喜的發(fā)現沒(méi)有出現什么問(wèn)題（或者至少我們沒(méi)有注意到），但是某些情況已經(jīng)改變。事實(shí)上，有兩點(diǎn)已經(jīng)改變。一是我們設計低抖動(dòng)觸發(fā)、時(shí)基和模數轉換器電路的能力逐年提高，現在已達到顯示噪聲通常能夠決定顯示抖動(dòng)的水平。另一個(gè)改變是突然發(fā)生的，也就是安捷倫新型 “無(wú)抖動(dòng)”誤差校正技術(shù)的出現�！盁o(wú)抖動(dòng)”不僅極大改善了Infiniium示波器的顯示抖動(dòng)，同時(shí)也使得傳統的測量技術(shù)無(wú)法再繼續使用。 為了知道原來(lái)的測量技術(shù)為什么無(wú)法在采用“無(wú)抖動(dòng)”技術(shù)的示波器上繼續使用，您需要清楚這一點(diǎn)：所謂的“無(wú)抖動(dòng)”，并不是去除示波器中所有的觸發(fā)噪聲和觸發(fā)抖動(dòng)。相反，它只是用更小的顯示噪聲和采樣時(shí)鐘抖動(dòng)來(lái)替代更大的硬件觸發(fā)噪聲和觸發(fā)抖動(dòng)。這就在顯示波形的觸發(fā)點(diǎn)上產(chǎn)生了一個(gè)很有意思的顯示現象，見(jiàn)圖 4。 圖4. 使用水平波形直方圖在采用“無(wú)抖動(dòng)”技術(shù)的示波器上執行傳統的觸發(fā)抖動(dòng)測量。 請看一下，顯示波形是如何在觸發(fā)點(diǎn)上被壓縮成了一條非常細的線(xiàn)呢？這種現象正是我們在沒(méi)有顯示噪聲或顯示抖動(dòng)的理想示波器上將會(huì )看到的（其中的具體原因，留給您下次在機場(chǎng)侯機等閑暇時(shí)間慢慢思考）。這并不是因為垂直噪聲和水平抖動(dòng)都消失了，而是因為它們恰巧在觸發(fā)點(diǎn)處相互抵消。顯然，傳統的測量技術(shù)就遜色許多了。 那么，我們現在應該做些什么呢？其實(shí)，我們需要的是一種新的測量技術(shù)，該技術(shù)要能確定與顯示的波形恰好相配的無(wú)噪聲輸入信號的水平位置。這聽(tīng)起來(lái)很難，但我們只要把正弦波作為輸入信號，然后再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的FFT運算，就能計算出我們需要的水平位置。結果是，每個(gè)FFT頻率分量的相位都等于正好與原始信號相配的理想正弦波的相位。最后，我們只需要使用由輸入信號的頻率決定的比例常數，將顯示波形的相位抖動(dòng)從相位轉換為時(shí)間。 圖5. Infiniium 示波器屏幕，使用新的FFT相位技術(shù)顯示抖動(dòng)測量結果。 Agilent Infiniium示波器內置有FFT相位波形運算函數，能夠非常容易地測量顯示抖動(dòng)。以下是使用實(shí)時(shí)示波器的FFT相位函數測量顯示抖動(dòng)的操作步驟： 1) 為示波器輸入一個(gè)理想的無(wú)抖動(dòng)正弦波。也許，“理想”意味著(zhù)要做許多工作，不過(guò)使用低相位噪聲源和窄帶通濾波器將會(huì )帶來(lái)導致糟糕的結果。要時(shí)刻謹記，輸入信號的轉換速率將會(huì )影響示波器的顯示抖動(dòng)性能。所以，要為您的應用選擇恰當的幅度和頻率。 2) 選擇能將一千個(gè)周期的正弦波顯示在屏幕上的時(shí)間量程。 3) 選擇適合您的應用的電壓量程。注意：屏幕上的信號幅度越大，就會(huì )使顯示抖動(dòng)越小。 4) 在與輸入信號相連的輸入通道上應用FFT相位波形數學(xué)函數。 5) 關(guān)閉輸入通道的顯示，使之不會(huì )干擾FFT相位函數的直方圖測量結果。 6) 調整正弦波的水平標度和位置，對輸入正弦波頻率附近的FFT相位函數進(jìn)行水平縮放。 7) 打開(kāi)FFT相位函數的垂直波形直方圖測量結果，調整其測量窗口，使其能夠計算出一個(gè)頻率分量的分布。 8) 如有必要，通過(guò)調整FFT相位函數的垂直標度來(lái)對它進(jìn)行垂直縮放，以確保足夠的直方圖分辨率。在這一點(diǎn)上，您的屏幕看起來(lái)就會(huì )類(lèi)似圖5。 9) 使用公式（3）將直方圖的標準偏移值從相位轉換為時(shí)間。結果就是示波器的顯示抖動(dòng)。 結束語(yǔ) 我們生活在一個(gè)嶄新的世界，變化無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生。適者生存，只有不斷地對技術(shù)進(jìn)行鉆研才能免遭淘汰。最新示波器技術(shù)現已超越傳統儀器，以往那些觸發(fā)技術(shù)指標也已過(guò)時(shí)。示波器技術(shù)指標需要一個(gè)新的標準，新的標準將可使用更精確、更多類(lèi)型的信號。抖動(dòng)測量技術(shù)已發(fā)展為一項可在任何一款示波器上使用的技術(shù)，并且具有優(yōu)異的精度�，F在是該考慮顯示器抖動(dòng)的最佳時(shí)刻！ |
