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探討影響時(shí)間間隔精度的因素

力科公司

摘要： WaveMaster系列示波器的時(shí)間間隔測量精度采用下述公式表示：±((0.06 * 采樣間隔) +(1 ppm的測量間隔))。這一公式反映了數(shù)字示波器上時(shí)間測量不確定性的兩個(gè)主要來源。第二個(gè)部分(1 ppm的測量間隔)表示由于示波器時(shí)基導(dǎo)致的不確定性。WaveMaster系列示波器采用1 ppm的時(shí)基，這是當(dāng)前精度最高的示波器時(shí)基。這個(gè)部分影響著較長的時(shí)間間隔。例如，如果測量的是1 GHz時(shí)鐘(1 ns周期)，那么由于時(shí)基導(dǎo)致的不確定性是1 fs。

關(guān)鍵詞： 測試測量儀器示波器時(shí)間間隔力科公司

Abstract：

Key words :

WaveMaster系列示波器的時(shí)間間隔測量精度采用下述公式表示：±((0.06 * 采樣間隔) +(1 ppm的測量間隔))。這一公式反映了數(shù)字示波器上時(shí)間測量不確定性的兩個(gè)主要來源。第二個(gè)部分(1 ppm的測量間隔)表示由于示波器時(shí)基導(dǎo)致的不確定性。WaveMaster系列示波器采用1 ppm的時(shí)基，這是當(dāng)前精度最高的示波器時(shí)基。這個(gè)部分影響著較長的時(shí)間間隔。例如，如果測量的是1 GHz時(shí)鐘(1 ns周期)，那么由于時(shí)基導(dǎo)致的不確定性是1 fs。

時(shí)間間隔精度的第一個(gè)部分(0.06 * 采樣間隔)與示波器的測量內(nèi)插器和時(shí)基短期穩(wěn)定性有關(guān)。在力科示波器中，時(shí)基對不確定性的影響非常小。內(nèi)插器是測量信號越過一定門限值的時(shí)間位置的軟件組件。鑒于力科提供了20 GHz的最大采樣率，因此在大多數(shù)情況下必需使用內(nèi)插。在任何一定邊沿上存在三個(gè)或三個(gè)以下的樣點(diǎn)時(shí)，示波器中會(huì)自動(dòng)執(zhí)行內(nèi)插。在整個(gè)波形上不執(zhí)行內(nèi)插。但是，在測量中只內(nèi)插越過門限周圍的點(diǎn)。為找到越過點(diǎn)，我們使用立方內(nèi)插，然后線性擬合到內(nèi)插的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

內(nèi)插精度取決于許多因素。主要因素是信號的跳變時(shí)間、采樣率、垂直噪聲和有效垂直分辨率。圖2是通過使用簡單的模型，利用8位數(shù)字化器以20 GS/s采樣率對300 ps邊沿信號的典型計(jì)算方式。信號幅度是全標(biāo)的80%。垂直分辨率和時(shí)間分辨率之間的關(guān)系是：

Dt = Dv/ dv/dt

其中：

Dt – 時(shí)間不確定性

Dv – 幅度不確定性

dv/dt – 跳變沿

對1 l.s.b.(1/256的全標(biāo))的垂直不確定性，以及在6個(gè)樣點(diǎn)中0.8的全標(biāo)的跳變沿(300 ps @ 50 ps/樣點(diǎn))，等效時(shí)間不確定性為：

Dt = (1/256) / (0.8/6)

= 0.03個(gè)采樣周期

由于采樣周期是50 ps，這一測量的不確定性是1.5 ps。這種時(shí)間不確定性適用于任何一項(xiàng)測量。

大多數(shù)這類測量不是以孤立方式進(jìn)行的。多個(gè)測量允許用戶研究測得值變化。與所有測量中一樣，在多項(xiàng)測量中，測得值的中間值的不確定性會(huì)下降。對高斯分布，測量不確定性會(huì)以測量數(shù)量的平方根下降。因此，重復(fù)測量100次可以使采樣中間值的精度提高10倍。圖3顯示了在700 MHz方波上進(jìn)行20套period@ level參數(shù)測量的結(jié)果。每套測量都在包括35,000個(gè)周期的采集上執(zhí)行。這會(huì)把指定的不確定性降低到大約16 fs。測量與頻率計(jì)數(shù)器相關(guān)，頻率計(jì)數(shù)器從同一個(gè)軸上繪制曲線。注意，示波器測量很好地位于歸一化后的指標(biāo)極限內(nèi)，與計(jì)數(shù)器測量結(jié)果高度一致。注意，圖上的水平標(biāo)度是每格20 fs。