示波器基礎(chǔ)系列之十五—— 探討影響時(shí)間間隔精度的因素
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)插算法和時(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)插算法是用來計(jì)算出信號穿越在某設(shè)定的電平的時(shí)間上軸上確切時(shí)刻。鑒于力科提供了80 GS/s的最大采樣率,在有些情況下需要使用內(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),示波器中會自動執(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)。為找到穿越點(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
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圖1測量內(nèi)插的圖形視圖,顯示怎樣在采樣的波形上確定越過時(shí)間(TOC)
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
圖2簡單的模型,表明垂直不確定性與定時(shí)不確定性的映射關(guān)系 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。多次測量允許用戶研究測量值的變化。 在多次測量中,測量值的平均值的不確定性會下降。對高斯分布,測量不確定性會以測量次數(shù)的平方根下降。因此,重復(fù)測量100次可以使采樣平均值的精度提高10倍。圖3顯示了在700 MHz方波上進(jìn)行20次period@ level參數(shù)測量的結(jié)果。每次測量都在包括35,000個(gè)周期的采集上執(zhí)行。這會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)器的測量結(jié)果也繪制在了圖上。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。
圖3在20次采集中進(jìn)行period @ level測量的可重復(fù)性
使用采樣數(shù)據(jù)不會把定時(shí)測量精度限制在采樣周期中??梢砸詐s級的分辨率在正確采樣的波形上進(jìn)行定時(shí)測量,并支持直到幾十fs的中間值統(tǒng)計(jì)精度。
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