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【泰克應用分享】如何實現(xiàn)MSO示波器更多通道的測試

時間：2024-02-23 17:33:06

關鍵字：示波器測試測量

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[導讀]?本文以泰克4，5和6系列MSO為例，說明了多示波器同步的程序和原理。

本文以泰克4，5和6系列MSO為例，說明了多示波器同步的程序和原理。4，5和6系列MSO支持任意型號示波器之間的同步，從而實現(xiàn)更多通道的同步采集系統(tǒng)。

通道數(shù)量為何要求超過4個？

4系列B MSO示波器是同系列產品中首個推出6通道的型號，可滿足用戶多種測試應用場景。可應用于復雜粒子物理實驗的捕獲、多個電源軌的測量、三相電源轉換器的分析等場景。測量可以包括串行總線中出現(xiàn)的電源串擾、分析射頻干擾、同步觀測輸入/輸出信號的傳輸?shù)鹊取?/span>

人們也會通過同步多臺示波器能夠測量更多通道。在多通道應用或測量場景中，為了精確分析整個被測系統(tǒng)的時序關系，保持通道間的精確同步非常重要。

多示波器測量的考慮因素

● 軟件

對于多示波器測量系統(tǒng)，軟件可以發(fā)揮關鍵的作用。從最基本的層面來說，軟件需要整合多臺儀器的數(shù)據(jù)，并由軟件進行儀器的觸發(fā)和采集設置。軟件還可提供組合波形的顯示和分析功能。

另外，軟件可以幫助完成相差校正。雖然用戶可以通過編寫自定義軟件來完成這些任務，但比起繁瑣的程序開發(fā)過程，TekScope PC分析軟件直接提供這些功能，可以更加快捷高效地完成復雜的設置，讓用戶更專注于測試本身。在本應用指南中，TekScope PC軟件將用于多示波器控制和采集，后面的章節(jié)介紹了該軟件的使用方法。

● 系統(tǒng)配置

考慮測試系統(tǒng)的同步方法時，理解各種同步策略以及通道間容許的時序誤差量非常重要。不同的線纜連接、觸發(fā)和延遲補償方法會對時序誤差產生重大影響。示波器內外部（即線纜和探頭）的通道延遲差異會導致通道之間的時序誤差或“相差”。在決定同步策略時，首先需要回答幾個關鍵問題。測試系統(tǒng)輸入通道間可以容許多大相差？是所有的輸入通道都需要滿足嚴格的相差容許，還是只有部分通道需要？比如機電或人機應用的測量，零點幾毫秒是可以容許的。然而，高速電子系統(tǒng)的測量就需要更高的同步性。

● 時序誤差的來源

為了更好地理解時序誤差的來源，可將其分為四種類型：

（1）觸發(fā)抖動

觸發(fā)抖動是時序誤差的逐次采集變化。將示波器設置為無限余暉并觀測一個與觸發(fā)同步的信號時，可以看到這一現(xiàn)象。如圖1a與圖1c的差異所示。使用外部觸發(fā)源或用探頭的4、5、6系列MSO輸入通道，抖動將小于10ps。若采用輔助觸發(fā)輸入，會增加超過200ps的抖動。

（2）示波器通道間的相差

4、5和6系列MSO規(guī)格書載明，使用探頭時，模擬通道間的延遲將小于100ps。

（3）各示波器外部觸發(fā)器或探頭的電纜傳播延遲產生的相差

使用外部觸發(fā)器和功分器時，電纜長度的任何差異都會導致約70ps/cm的相差。如果每臺示波器上使用相同的模擬探頭作為觸發(fā)源，相差應小于100ps。如圖1b所示。

圖1a：低相差和低抖動（最佳）。圖1b：高相差和低抖動。

圖1c：低相差和高抖動。圖1d：高相差和高抖動（最差）。

圖2：不同的觸發(fā)設置導致不同的相差或延遲。左側的設置將同一個觸發(fā)信號使用相位匹配電纜饋送至兩臺儀器的觸發(fā)通道。右側的設置顯示了“菊花鏈”的影響，其中一臺示波器的輔助輸出饋送至下一臺示波器的輔助觸發(fā)輸入通道，導致明顯的延遲。

（4）觸發(fā)事件與輔助觸發(fā)輸出信號之間的相差

當被觸發(fā)示波器的輔助輸出端口指定為觸發(fā)輸出信號時，存在1μs的固有相差。如不加以校正，對于大多數(shù)應用場景來說，該相差量可能過大。如果記錄長度足夠長，則可使用預觸發(fā)延遲進行校正。如圖2右側所示。

使用外部源的低相差同步方法

最精確的同步技術是使用單個觸發(fā)源，通過功分器（BNC或SMA）將觸發(fā)信號分離，將同一信號饋送到多臺示波器，如圖3所示。連接分離器和所有儀器的應該為相同長度的同類電纜（最好是相位匹配電纜），這樣可以減小由于不同傳播延遲導致的相差。

圖3：輔助觸發(fā)輸入和時基參考均由分離器和匹配的50Ω電纜饋送。此設置在不犧牲每臺示波器通道的情況下提供了最佳相差結果。使用輸入通道代替輔助觸發(fā)輸入將減少測量通道的數(shù)量，觸發(fā)抖動會減少約200ps。

● 關于功分器

為了維持觸發(fā)信號的完整性，我們采用高質量的功分器。該分離器充當平衡分壓器，將50Ω觸發(fā)源連接到50Ω電纜，再連接到示波器的50Ω輸入。功分器（如圖4所示）將電壓分配到四條支路上，從而5V峰值觸發(fā)器能為每條支路提供1.25V的電壓。請注意功分器的規(guī)格和觸發(fā)信號要求。驅動4，5，6系列MSO的輔助觸發(fā)輸入的信號電平最好大于500mV。提供的觸發(fā)信號越大，示波器的觸發(fā)系統(tǒng)響應越好，越穩(wěn)定，相差結果就越好。

圖4：一個SMA功率分離器，連接到四根匹配的電纜和一個觸發(fā)源。

圖3和圖4所示是泰克推薦的同步配件：SMA高帶寬4路功率分離器（泰克部件編號：174-6214-00）和4根匹配的SMA電纜（泰克部件編號：174-6212-00）。所示電纜在ps內匹配，以控制相差。

● 同步參考時鐘

通過高保真10MHz參考時鐘鎖定示波器的采樣器也是非常重要的。這樣可以消除時基之間的長期漂移效應，最大限度地減少了在跨度較大（>2ms）的通道間測量中的差量時間精度誤差。

同步參考時鐘有兩種方法：

最好的方法是使用高穩(wěn)定性的外部時鐘，并使用一個功分器來饋送每個參考時鐘輸入。這與用于分離觸發(fā)信號的方法類似，如圖3和圖4所示。

另一種方法是使用一臺示波器的內部參考時鐘，并將其饋送到下一臺示波器，如圖5所示。而該示波器的輔助輸出可為串聯(lián)的下一臺示波器的參考輸入進行饋送，依此類推。這種方法適用于內部參考時基精度滿足要求的情況。

無論哪種情況，對于接收10MHz參考時鐘的儀器，參考時鐘源均應設置為外部。雙擊4,5,6系列MSO上的“Acquisition”（采集）標志，可找到該設置，如圖6左側所示。一旦發(fā)射和接收示波器配置并同步，時基參考源應顯示綠色“Locked”（已鎖定）指示。在輸出參考時鐘的儀器上，必須進入“Utility”（實用程序）菜單à，“Aux Out”（輔助輸出）選擇參考時鐘，將參考時鐘指定為輔助輸出，如圖6右側所示。

圖5：使用來自一臺波器的時基參考來饋送其他示波器。

圖6：4，5和6系列MSO菜單，用于設置參考時鐘并鎖定時基參考。左側是接收示波器上參考時鐘設置。右側是發(fā)射示波器上的輸出參考時鐘的設置。

使用TekScope PC–多示波器客戶端和相差校正工具

圖7：TekScope PC支持將4臺示波器連接到一臺電腦，并可在單個顯示器上顯示來自任何活動通道的信號。

TekScope? PC分析軟件是泰克提供的一款應用程序，非常適合多示波器配置。該軟件的操作方式與4/5/6系列MSO用戶界面相同，但在Windows電腦上遠程運行。使用TekScope可以連接多臺示波器，并在單個界面上顯示所有波形，就和在單臺示波器上運行一樣。該軟件還能將所有連接示波器的全部數(shù)據(jù)保存在一個文件里。

● 配置TekScope PC用于多示波器應用

連接4，5或6系列MSO示波器非常簡單。單擊“Add New Scope”（添加示波器）標志，將添加一臺新示波器。雙擊示波器標志，輸入IP地址，然后連接，如圖8所示。

圖8：在TekScope PC中使用“Add New Scope”（添加示波器）標志，添加額外的示波器連接。

圖9：連接示波器以后，將顯示或隱藏其他通道。

● 使用TekScope對多示波器系統(tǒng)進行相差校正

相差校正過程包括測量及消除不同示波器通道之間的相差。

圖10：觸發(fā)信號被分離并接入輔助輸入端口，校準信號被分離并接入到每臺示波器上的通道1。

需要將非觸發(fā)信號的時鐘信號接入到兩個待校正相差的通道上，如圖10所示。該信號應具有快速上升時間（例如50ps）。使用TekScope PC一次連接兩臺示波器。選擇一個通道作為參考，如圖11所示。

圖11：相同的信號接入到待校正相差的兩個通道。

下一步是疊加顯示兩個通道，如圖12所示。然后，放大信號的前緣，這樣就可以使用光標來測量差量時間，如圖13所示。

圖12：待校正相差的信號被放大并以疊加模式顯示。

圖13：測量不同示波器上兩個通道之間的差量時間。

現(xiàn)在需要消除通道間存在的相差。雙擊該通道的垂直菜單。在“Deskew”（相差校正）設置中輸入測得的差量時間。如圖14所示。所有通道都必須重復以上操作。

圖14：在通道垂直徽章標志的“Deskew”（相差校正）設置中輸入測得的差量時間，可校正兩通道間的相差。

總結

本技術簡介介紹了使用4，5和6系列MSO示波器和TekScope PC分析軟件同步多示波器測量系統(tǒng)的方法。4，5和6系列MSO支持任意型號示波器之間的同步，從而實現(xiàn)更多通道的同步采集系統(tǒng)。了解MSO4B系列更多內容，請登錄：https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/4-series-mso，還可以預約產品上門演示https://scrm.tek.com.cn/p/33adf4，或掃碼預約。