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泰克示波器助力解决高精度小信号测试问题

发布日期:2022-11-23         浏览数:9   

  对许多移动电子产品设计,低功耗是发展的趋势,推动降低待机电压或电流。更多的电源要求直流输出更小的波纹以提高电源效率或有各种类型的低功耗传感器应用在汽车电子,自主机器人或医疗电子,涉及到很多小电气信号转换,这些都是对小幅度信号测量精度要求较高的例子。

  考虑到所有这些测试场景,泰克研发的泰克示波器4系列MSO的核心是12位模数转换器 (ADC),它提供的垂直分辨率是传统8位ADC的16倍。与一些示波器供应商不同,它们的12位垂直分辨率是通过DSP计算获得的,而不是通过硬件ADC实现的真正的12位模数转换。新型12位ADC是目前世界上速度最快的转换器,内部运行速率达25GS/s,每通道采样率要比以前的同类示波器高出25%。12位实现了4096种垂直模数转换电平,分辨率比采用8位ADC的示波器高出16倍。每条ADC通道基于交织连续接近寄存器(SAR)结构,每块Tek049芯片包括四个ADCs,实现了100GS/s的总吞吐量。

 泰克示波器MSO46

泰克示波器MSO46

  一、如何解决小信号测试精准度问题?

  泰克示波器4系、5系、6系其硬件均采用12位ADC来实现无与伦比的分辨率,帮助工程师捕获微小信号。这要归功于Tek049芯片,这颗新型ASIC作为泰克未来示波器的核心,支持高清触摸屏显示器、最多8个FlexChannel输入、12位垂直分辨率等,为现代工程师设计所需的下一代示波器提供动力。

  Tek049 是泰克最新研制的一种ASIC (专用集成电路),这是一种高度集成的芯片系统(SOC)混合信号ASIC,含有4亿个晶体管和20 亿个连接,构成了4 个内部ADCs ( 模数转换器)和集成DSP ( 数字信号处理器)。Tek049 采用40nm RF CMOS 工艺制造,采用1927 针精细间隙球栅阵列封装,打造出泰克新一代示波器独有的芯片

  新型12 位ADC是目前世界上速度最快的转换器,内部运行速率达25 GS/s,每通道采样率要比以前的同类示波器高出25%。12 位实现了4096 种垂直模数转换电平,分辨率比采用8 位ADC 的示波器高出16 倍。每条ADC通道基于交织连续接近寄存器(SAR) 结构,每块Tek049 芯片包括四个ADCs,实现了100 GS/s 的总吞吐量。

    二、12bit示波器成为“芯”趋势

  电源设计工程师,面临着更多微小信号测试的场景。随着电力电子技术发展及应用,很多电源纹波已经变得很小,尤其是板级设计电源轨纹波测试从几十mV到现在的十几mV甚至几个mV,传统的8bit示波器已经不能满足测试需求。

  比如开关器件系统调试中,工程师会比较关注开关边沿的震荡信号,这需要示波器在保证垂直方向满足大量程的情况下,同时具备足够的分辨率保证能够捕捉到窄幅震荡信号的细节。配合之前安泰测试分享的泰克示波器的主要功能和使用方法,结合本文,可以使新手工程师有更深的了解。

  1. 纹波测试,随着电力电子技术发展及应用,很多电源纹波已经得很小,尤其是板级设计电源轨纹波测试从几十mV到现在的十几mV甚至几个mV,传统的8bit示波器已经不能满足测试需求

  2. 开关器件系统调试,工程师会比较关注开关边沿的震荡信号,这非常考验示波器幅值测试的分辨率和精度。

  3. 还有一类更加挑战的测试就是叠加在一个大的信号上的小信号测试。为测试到信号的整体,必须选择一个较大的量程,但因为要看到其微小信号变化,归根结底还是验证示波器的垂直分辨率的指标。图4就非常清楚展示了不同的测试对比。在测量这种特殊器件时,其中一个突发包测得650V峰峰值,每隔1.7Hz发生一次,如图所示。为在示波器中捕获这个信号,我们需要700V满刻度(70V/div*10个竖格) ,普通8bit示波器只能看到256个数字化电平(泰克示波器在全部10个竖格中是256个数字化电平) ,该量程下分辨率最小为2. 8V左右。遗憾的是,信号基线中丢失了一个超低阻尼信号,其幅度不到几伏。

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