近几年来，随着半导体电路密度和功能的稳定提高、类比模型的不断改进以及结构不断变化等等，电子系统的性能正在不断提升。但是，设备之间的讯号传输速度和技术并没有明显变化。为什么呢？因为过去的I/O信号结构足以完成工作，而实现变动的底层技术却还不成熟。

在过去五年左右的时间中，工程师一直把重点放在低压差分信号上，以明显提高系统性能。资料速率已经以几何级数提高，推动着设备之间的通讯更广泛地采用复杂的串列协定，如PCI Express、Infiniband与XAUI等等。这些环境涵盖了各种资料速率和传输结构，但所有这些资料速率和传输结构都需要更严格的设计和检验方法。

这使得示波器等测试设备的重要性大大提高。工程师依赖示波器分析串列设备设计的性能，支援核对总和调试工作。其任务包括精确进行参数测量、检修和信号完整性分析。在开发流程后期，进而转向示波器，生成眼图进行一致性测试。

选择示波器的工程师经常只考虑产品手册和杂志广告标题中列明的技术指标，其中最为人所熟知的指标包括频宽、取样速率和记录长度。尽管如此，这些指标并不能全面表明仪器在实际日常使用环境中的效果。例如，频宽指标仅指明了示波器的大体频率范围，但却和仪器是否能可靠地检测和捕获快速异常事件的能力没有关系。

因此，在评估示波器时，了解主要指标的真正意义非常重要。此一建议实际有两层含义：第一，最好深入分析厂商大肆宣传的技术指标后面所隐藏的细微差别；第二，记住要研究某些功能，这些功能可能不如市场上最常吹捧的功能那样引人注目，但可能会明显影响设计人员工作的效果，甚至会影响工作的有效性。

《图一 眼图分析取决于示波器主要指针》

界定和重新界定频宽

频宽指标当然非常重要。对不断挑战高速串列汇流排结构极限的设计人员来说，在购买示波器时，频宽一直是其最首要的考虑因素。

但是，频宽本身只是描述仪器频率响应的一个指标（正弦波滚降－3dB的频率），拥有相同额定频宽的两台示波器，其上升时间可能并不相同，对复杂波形的回应也完全不同。为了做出正确的购买决策，有哪些指标或功能必须再详加推敲呢？

这个问题可以从两方面回答：一个是示波器真正的上升时间性能，另一个是仪器在数位信号处理（DSP）模式下的行为。

类比上升时间是示波器频宽的函数，利用教科书中的公式，从频宽中简单地计算上升时间，这是某些公布的上升时间指标的基础。客观测得的上升时间为测量提供了更好的基础，包括带有或不带DSP增强功能。每名工程师都了解上升时间回应的重要意义。衡量测得的上升时间与计算得出的上升时间之间的差异才能了解其真正的涵义。

可以使用DSP滤波，扩展示波器的净频宽，使其频响平坦化，在通道之间提供更好的匹配。在被测设备采用高速多通路串列传输环境时，这些都是关键功能。但是，DSP会引入某些误差，会与超过实际类比频宽的频率范围部分成比例提高。

那么什么时候应该使用DSP呢？在测量低于奈秒（ns）的上升时间或眼图时(图一)，从示波器中获取最大频宽非常重要。很明显，这有利于DSP方法。最快速的测量几乎一直需要最高的频宽。

但有时可以通过某种方式旁路DSP扩展技术，推敲仅使用仪器本身的类比频宽和上升时间。例如，某些研究人员使用专用DSP演算法，需要处理示波器中的原始资料，在这种情况下，DSP旁路功能非常重要。这类指标可能不会被厂商大肆宣传，但在选择高性能示波器时是一个重要考虑因素。

《图二 双触发快照》

考察信号复杂性，而不只是速度

「高速测量」一词在低于奈秒（ns）的边缘和快速时钟速率方面有各种不同的含义，有时人们忽略了这些高速测量通常是复杂性非常高的测量。捕获资料流程中的某个码需要涉及判断、运气、估算、猜测或正确选择触发功能。

示波器触发对仪器可以捕获、查看和测量哪些讯号具决定性影响，此一功能与频宽和取样速率一样重要。触发系统有自己不同的一套技术指标。触发通路一般是主输入信号通路的支路，应该体现许多相同的环境特点，如灵敏度、抖动等等。触发性能的另一个指标是触发类型的范围，也就是在发生触发时可以定义的条件。

当然，触发系统有自己的主要指标。选择示波器测量快速串列信号的设计人员可能会认为触发通路的频宽与仪器规定的频宽相同。但事实上，触发灵敏度是更具关键地位的相关指标。这一指标体现了一个简单的问题：在捕获频率范围顶部附近的信号时，幅度要求是什么？在许多示波器中，触发灵敏度与类比采集频宽是不匹配的。即使信号的正常成分完全落在触发器的性能指标范围内，但是如果高速时的触发灵敏度不足，仍可能会检测不到突波或截断的脉冲。幸运的是，矽锗（SiGe）触发电路拓扑等创新技术已经开始克服了这种限制。

工程师通常把示波器的触发功能视为「一定的」，认为一直使用的边缘和突波触发是足够的。但事实上，为有效完成实际工作，触发灵敏度也是仪器的主要指标。

每台示波器都具有边缘触发功能，大多数高阶仪器都具有「高级」触发功能。边缘触发技术简单地检测超出电压的事件，高级触发则应用与电压、定时或逻辑条件等有关的更多指标。在以临界串列方式传输的数位信号领域中，高级触发显得日益重要。

在某些情况下，高级触发设置可能是触发目标信号的唯一方式。例如，处理多通路Infiniband设备的设计人员必须保证通路时间落在特定容许误差范围内，不仅要符合标准，还要能够正常运行。

对应此一测量挑战的一般方式是触发一条资料流程中的一个特点，然后测量不同通路之间的偏移或时间位移。测量结果会汇总某个时点上的偏移值，这提供了有用的资讯，但通常不足以保证仪器在长期内稳定运行。

最近，采用全功能双触发技术的示波器，已经明显简化了在不同时间观察这些偏移变化的复杂任务──可以定义两种高级触发功能，并可以从完整的触发条件功能表中选择每种功能。在资料特点激发第一个触发器时，第二个触发器可以找到设定期间内的偏移误差，或重设第一个触发器，再次启动搜索，如(图二)所示。在必要时，可以设定成用几天时间等待发生误差组合。

在评估示波器时，触发指标很少放在优先考虑的位置上。但是，触发系统在检测和捕获复杂事件或间歇性事件方面是一个重要的配套指标。在长期内以无人值守的方式进行偏移测量可以节约大量的时间。

相关的“次要”指标

前述讨论的技术指标，其重要性通常被列为次于频宽、取样速率等主要指标。但事实上，在示波器评估过程中经常被视为次要问题的许多其他参数，可能会成为阻碍工作进度的主要因素。

对许多串列标准来说，嵌入式时钟恢复（CDR）是示波器眼图分析的基础，它同时还为时钟以及资料恢复（CDR），如(图三)等测量提供支援。处理嵌入式时钟信号的设计人员除了要考察主要指标外，还要考虑示波器可以通过哪些方式使时钟恢复得更快、更简便、更灵活以及可重复性更高。

应用需求一直引导着选择方向。示波器能否用于检修或一致性测量？有哪些时钟恢复机制？示波器能不能即时恢复时钟，显示动态眼图特点？

大多数高阶示波器都提供两种时钟恢复法的一种，亦即基于软体的时钟恢复或基于硬体的时钟恢复。软体时钟恢复从储存的采集资料中生成，对采用TDSRT-Eye自动化一致性测试和分析软体等程式的一致性测试，软体方法是公认的首选工具。

另一种方法是可以使用基于锁相回路（PLL）的时钟恢复，进行即时眼图采集，但必要认真推敲指标：PLL（可以是软体恢复或硬体恢复）能不能适应当前串列标准中演变的时钟频率？有些能，有些不能，因此必须了解其间的差异。

眼图测量是设计人员需要使用示波器进行的某些最复杂程式，另一个实例是抖动测量。在这两种情况下，设计人员都可以从示波器上运行应用软体的专业经验中受益。软体工具最大限度地减少了学习时间，明显降低了设置、测量和分析时间，如图三所示。但是，这些工具从没有出现在主要指标清单内。工程师必须自己下功夫，透过主要指标，保证提供适当的工具。

《图三 眼图分析程序简化了复杂的测量工作，但很少出现在示波器的主要指针列表内。》

探棒指标

探棒指标也是不能忽视的一环，因为所有采集和分析功能都取决于信号在被测设备与示波器本身之间的实际传输情形。许多新型高速介面标准基于差分信号，而不是人们比较熟悉的单端通信。

尽管探棒解决方案有自己的主要指标，特别是在频宽和负荷方面，但还应了解示波器和探棒作为一个系统使用时产生的影响，例如示波器系统是否提供了真正的差分探棒工具？如果没有，便必须使用两个单端探棒和机载数学运算，以排除某些测量类型。此外，共模抑制、灵敏度、回应精度和本底杂讯等问题都影响着探棒对信号的影响。在测量当前高速信号时，这些参数很小的差异，都可能会导致很大的探棒负荷失真。

探棒连接方法很少被放到示波器主要指标中，但它们在每项测量中都非常重要。某些被测设备装有SMA测试点，其他设备则要求接触微小表面封装设备上的各个针脚，示波器的探棒解决方案能否满足所有这些需求则是考量重点。

总结

主要指标一直是比较示波器的公认标准。但是，精明的工程师会透过主要指标，仔细考察影响日常任务的基础性能。从整体上看，采集、触发、分析工具和探测中的某些不太显著的指标可能会和描述频宽、取样速率和记录长度的「主打」指标一样重要。一切应以工作为中心，即使最次要的指标有时也会决定著成败。 （作者任职于Tektronix太克科技）