采样率和模数转换器

在示波器三大性能指标中,模拟前端决定了带宽,那么模数转换器(ADC)则是影响采样率最重要的一环,ADC是数字示波器的核心器件,其中最关键的指标是采样率和有效的ADC位数。ADC的采样率直接决定了示波器的数字带宽,也就是多高频率的信号能够有效地采集并显示。

焦保春认为,A/D转换器的采样率不可能无限制提升,R&S拥有目前示波器市场中领先的单核10Gs/s采样率A/D转换器。为达到更高采样率,很多公司采用了交织采样技术,即用多颗低速A/D并行组合成高速多核的A/D。这种技术带来的问题是信号的相位误差。为修正此误差,大多数示波器厂商使用的DSP修正技术。但DSP修正处理需要时间,这种修正使示波器的波形捕获率降低。

示波器的采样还包括采样率的准确性,就是有效转换位数(ENOB),常见示波器的A/D转换器都是8位的。但在实际使用时,真正能够发挥作用的转换位数并不能达到8位。一些示波器在高带宽是甚至会劣化到4位左右。这意味者用户不可能使用这些示波器准确测量出信号的幅度信息。焦保春介绍R&S A/D转换器的有效转换位数可以高达7位以上。

邢飞坦承,模数转换器主要决定了示波器的实时采样率指标(例如RIGOL的DS6000,实现了最高5GSa/s的实时采样率指标),并且在一定程度上,模数转换器的采样保持电路部分的满功率带宽(Full Power Bandwidth)也影响了产品最终能够达到的最高带宽。

超高采样率需要多个ADC集成实现,安捷伦的90000Q示波器,160GS/s的采样率是8个20GS/s芯片实现的,而每个20GS/s又是包含80个250MS/s的单芯片,这对时钟信号的同步要求非常严格,特别是时钟分配到每个ADC后,产生的相位差解决起来挑战性很大,杜吉伟介绍,磷化铟工艺中,用波导电路设计其采样时钟,材料的特性决定其实际电路非常稳定,这是90000Q最困难的硬件设计。