儀器儀表商情網訊：數(shù)據(jù)通信速率不斷提高，推動著對60-70 GHz 范圍內超高帶寬實時示波器的需求。這些儀器對驗證和調試相干光調制分析、高能物理研究、高速數(shù)據(jù)通信和其他領域中的新設計至關重要。通過DPO70000SX 高性能示波器系列，泰克提供了實時信號采集、70 GHz 超高帶寬及200 GS/s 實時采樣率 (5ps/ 樣點分辨率)，為這些應用提供了理想的解決方案。
如圖1 所示，DPO70000SX 采用5.25 英寸儀器封裝，既可以作單通道系統(tǒng)操作，提供70 GHz 帶寬、200 GS/s 采樣率，適用于RF 和光應用、脈沖式激光器研究及類似的高能物理應用；也可以作為雙通道系統(tǒng)操作，每條通道提供33 GHz 帶寬、100 GS/s 采樣率，適用于企業(yè)高速串行應用及要求差分信號輸入的其他應用。
圖1: DPO70000SX 系列示波器外觀緊湊，高僅5.25 英寸，可以放在標準3U 機架空間中
稱為UltraSync 的泰克精密定時同步技術為高性能多通道測量系統(tǒng)建立了所需的精確通道間定時穩(wěn)定性。最多四臺DPO70000SX 示波器可以作為一臺儀器操作，同時提供了與獨立式單臺示波器相同的測量精度和易用性。
由于外形緊湊和UltraSync 技術以及多種其他創(chuàng)新，包括異步時序交織技術(ATI)，DPO70000SX 開創(chuàng)了前所未有的超高性能示波器功能。200 GS/s 采樣率和深內存選項相結合，在長時間周期內提供了5ps/ 樣點的分辨率。
正如泰克白皮書《實時示波器帶寬擴展技術》中詳細介紹的那樣，ATI 是一種獨特的數(shù)字化整個輸入信號頻譜的方法。它擁有信號路徑對稱性，保持信噪比，提高保真度。兩條對稱采集路徑中每條路徑都數(shù)字化整個輸入信號，然后采用能夠保持信號及降低噪聲的專利方法重組信號。
本文討論了我們?yōu)槭裁匆档蛢x器封裝，以及使用緊湊的外形本身有哪些主要優(yōu)勢，比如通過多機配置實現(xiàn)擴充能力、分布式處理加快信號分析速度、靈活布局、縮短DUT 與示波器之間的信號路徑。本文還深入介紹了泰克UltraSync 技術。
縮小外形
DPO70000SX 是為裝在3U 機架空間中設計的，明顯要小于超高帶寬類別中的其他示波器。盡管物理尺寸小，但每臺DPO70000SX 示波器都提供了傳統(tǒng)臺式示波器的全部特性和功能。其標配提供了與當今MSO/DPO70000 示波器相同的高級功能，如抖動分析、信號路徑反嵌或頻譜分析，并能夠利用全部軟件解決方案、探頭、夾具和其他附件。
長期以來，決定示波器物理尺寸的其中一個因素是需要包括足夠大的內置監(jiān)視器屏幕，以便能夠舒服地一次觀察幾小時的數(shù)據(jù)。監(jiān)視器尺寸過去一直是一個重要的考慮因素，但由于大型外置平板監(jiān)視器的上市，實驗室使用的示波器現(xiàn)在已經不用再考慮尺寸問題。
對當今大多數(shù)工程師來說，首選選項是把一臺外置監(jiān)視器及鍵盤和鼠標連接到示波器上，如圖2 所示。
有些人這樣做，是為了把儀器區(qū)域與工作位置分開，從而更方便、更舒服。有些人這樣做，則是因為當前光調制應用和大型分析軟件環(huán)境( 如MATLAB) 可以更方便地用于顯示區(qū)域和分辨率都要高于示波器合理水平的屏幕。
圖2：工程師使用示波器的方式已經出現(xiàn)本質變化，現(xiàn)在許多工程師首選連接大型外置監(jiān)視器及鼠標和鍵盤
DPO70000SX 支持多臺外置監(jiān)視器，包括觸摸屏，提升生產效率。此外，許多用戶還更進一步，使用遠程桌面——微軟Microsoft Windows 的標配組件，遠離嘈雜的實驗室環(huán)境，坐在椅子上、甚至在家庭辦公室中舒服地使用和管理示波器。
除了顯示器尺寸更小外，DPO70000SX 還最大限度地降低了示波器上的前面板控件數(shù)量。但它有一個選配的輔助前面板( 如圖3 所示)，提供的用戶控件與泰克DPO7000 和MSO/DPO70000 系列示波器上提供的控件和指示燈一模一樣。輔助前面板有用戶熟悉的Run/Stop 按鈕，可以直接進行控制；另外還有與泰克示波器相同的垂直設置、水平設置和觸發(fā)設置、多功能粗調和微調及其他控件。通過輔助前面板，用戶可以從方便的位置全面控制DPO70000SX，同時把示波器放在最優(yōu)化的信號采集位置。
由于泰克UltraSync 高性能同步和控制總線的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以實現(xiàn)由最多四臺DPO70000SX 示波器組成的多機系統(tǒng)。
UltraSync 結構協(xié)調多機采集系統(tǒng)中的觸發(fā)，本身的典型通道間抖動不到500fs rms。也就是說，在多臺DPO70000SX 示波器使用UltraSync 電纜連接起來時，如圖4 所示，它們提供的功能相當于一臺擁有多條高速通道的高性能示波器。例如，雙機系統(tǒng)同步兩臺示波器，提供了兩條70 GHz、200 GS/s 通道或四條33 GHz、100 GS/s 通道。
UltraSync 技術采用12.5 GHz 采樣時鐘參考信號，其來自主設備，每臺擴展儀器使用這個信號在數(shù)字化過程中同步采樣位置。擴展儀器通過PCI Express 第二代x4 鏈路控制，這條鏈路支持2 GB/s 快速數(shù)據(jù)傳送速率，管理到主設備的數(shù)據(jù)傳送。UltraSync 控制多機系統(tǒng)中所有儀器的觸發(fā)，因此任何設備都可以作為協(xié)調觸發(fā)源。
UltraSync 結構本身擁有的另一個優(yōu)勢來自分布式處理：每臺擴展儀器都為主設備提供了全面校準的數(shù)據(jù)。在到達主設備時，波形已經被全面處理，主設備不再需要進行任何進一步處理。這創(chuàng)造了一個分布式處理環(huán)境，降低了主設備上的計算負載。
任何儀器都可以作為主設備或擴展設備操作，不需要單獨的控制單元。主設備取決于UltraSync 電纜連接方式，用戶只需移動電纜連接，就可以簡便地改變指定的主設備。圖5 所示的圖形配置管理器幫助檢驗電纜連接，指明通道標識。一旦連接到位，示波器會自動建立網絡，確定不同設備之間的時序關系。
從用戶角度看，UltraSync 總線設置起來非常簡便。電纜采用顏色編碼，設置簡單；連接通過UltraSync 配置管理器檢驗。同時，UltraSync 明顯改善了系統(tǒng)靈活性和擴充能力。
重新界定擴充能力
擁有四條內置采集通道的傳統(tǒng)高性能示波器雖然本身功能強大，但實際上擴充能力有限。它有四條通道，當然也可能有多有少，但不能變化。DPO70000SX 改變了這種局面，工程師可以在某個時點根據(jù)自己的需求為手邊的任務確定適當?shù)呐渲茫瑥亩梢悦黠@提高生產效率，同時降低購置費用。
由于這種擴充能力，工程師可以在性能或通道數(shù)量需求變化時，順序投資于示波器系統(tǒng)。例如，實驗室可以購買兩臺DPO70000SX 示波器，提供兩條200 GS/s 采樣率的70 GHz 通道，滿足當前的測試需求。同時，實驗室可以在將來擴容，只需在系統(tǒng)中再增加兩臺示波器，就可以滿足要求四條70GHz 通道的下一代應用需求。
通過把多臺示波器拆開，按需重新部署到其他項目，系統(tǒng)還可以簡便地減容，最大限度地利用資本投入。例如，在要求四條70 GHz 通道的項目竣工時，實驗室可以簡便地把這些示波器重新部署到其它實驗室。四機配置可以一拆為二，變成兩個系統(tǒng)；還可以進一步拆分成單機系統(tǒng)，用戶只需拔下UltraSync 電纜，這樣四個項目每個項目都可以使用一臺儀器。
其他廠商的多機系統(tǒng)則沒有這樣的靈活性。例如，力科10Zi 要求單獨的控制器單元才能操作系統(tǒng)，主設備和擴展設備要在出廠時預先配置，用戶不能單獨拆開。
為方便起見，泰克提供了一個選項，用戶可以購買兩臺DPO70000SX 系列示波器，一起配置成DPS70000SX 示波器系統(tǒng)。DPS77004SX 系統(tǒng)提供了兩條200 GS/s 的70 GHz 通道，特別適合差分高速串行信號分析等應用。兩個DPS77004SX 系統(tǒng)可以一起配置及操作，提供了總共四條70 GHz 通道的多機系統(tǒng)。DPS73308SX 提供了四條100 GS/s 的33 GHz 通道，支持雙偏振相干光調制分析等應用。
前所未有的布局選項
由于外形緊湊，DPO70000SX 可以整合到更小的機架空間中，布局的緊密度和靈活性都要優(yōu)于普通的臺式儀器。這種靈活性在最大限度地降低DUT 與ATI 輸入連接器之間的路徑中發(fā)揮著重要作用。
DPO70000SX 外觀緊湊，在一臺示波器堆疊在另一臺示波器頂部時，綜合系統(tǒng)的高度只相當于一臺泰克高性能示波器( 參見圖6)，要矮于其他廠商提供的系統(tǒng)。例如，堆疊在一起的兩臺DPO70000SX示波器的高度只有12 英寸，要低于Keysight Infiniium Z 系列示波器的13.3 英寸。盡管物理尺寸較小，但DPO70000SX 雙機配置實際上是一種帶寬更高的系統(tǒng)：Keysight Z 系列有兩條63 GHz 通道，而通過電纜連接起來的DPO70000SX 雙機系統(tǒng)則提供了兩條70 GHz 通道。
工程師們需要靈活地放置示波器、DUT 和其他儀器，因為每一種測試情況都可能要通過略微不同的布局進行優(yōu)化。UltraSync 電纜分成1 米長和2 米長兩種長度，可以適應幾乎任何物理環(huán)境，而又不會降低性能或精度。
1 米電纜適合由多臺均勻堆疊的儀器組成的典型雙機配置和四機配置。通過使用更長的2 米電纜，多臺儀器可以以各種角度排列，適合特定的DUT 布局。例如，儀器在插件和背板應用中以直角方式放置，在相干光調制應用中則面對面放置，如圖7 所示?？梢圆扇∨涮椎碾娎|長度，校正系統(tǒng)時延，實現(xiàn)精確的通道間時間對準。如這個實例所示，下面的示波器還可以倒放，使中心輸入的位置相互距離很近，使電纜很短，而且長度完全相等。
DPO70000SX 上的輸入連接器位置和間距采取專門設計，因此一臺示波器可以倒放，縮短信號路徑長度。在一臺示波器倒放、堆疊在另一臺示波器下面時，兩個70 GHz ATI 輸入都位于示波器中心，相互距離只有幾英寸( 圖8)。另外還有一些設計考慮因素，以便盡量簡單穩(wěn)定，比如采用了特殊的可重復配置的儀器支腳，與金屬板的“凹槽”配合，防止堆疊儀器滑動；側面板中的鉆孔/ 螺孔則可以使用托架通過螺釘把兩臺示波器連接在一起。
由于這些思路和其他設計理念，DPO70000SX 系統(tǒng)異常靈活，可以在DUT 與示波器之間實現(xiàn)超短信號路徑，保持信號保真度，確保最佳的分析結果。
需要處理高速信號的應用已經開始要求70 GHz 左右的帶寬，包括相干光應用、RF、激光光譜研究、100G 數(shù)據(jù)通信和高速串行分析，以支持當前應用，滿足未來要求。但這些應用要求示波器不僅僅要提供原始性能，還要提供配置靈活性和擴充能力，適應需求變化。
由于外形緊湊及UltraSync 技術，DPO70000SX 超高帶寬示波器滿足及超越了這些要求，客戶可以在需求變化時擴充性能和功能，并通過分布式處理加快信號分析速度，并利用靈活的布局，縮短DUT和示波器之間的信號路徑。
