测试小信号时,如何获得更高测试精度?

零式未来
2019-11-26
来源:原创


测试小信号时,如何获得更高测试精度?

体验泰克4 系列MSO 示波器12bit ADC带来高精度测试

示波器最受关注的指标之一

模数转换器ADC 位数

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                                           图1. 示波器信号处理流程简图

图1 中有个非常重要的硬件指标就是ADC 的位数。为什么很多工程师非常关注这个指标?到底它对测试有什么影响?

ADC 模数转换器,很多高精度仪器会采用比较高位数的ADC,如功率分析仪基本会采用14 或者16bit的ADC 来搭建,而对于高精度的万用表甚至采用22bit ADC 做信号的精准测量。那为什么市面上示波器则基本都是采用8bit ADC来作为信号的模数转换?因为8bit ADC可以将转换速率在十几个纳秒内完成,从而可以保证对于快速信号的时间分辨率和精度。这也很多工程师会如此关注示波器的采样率,而很少关心示波器幅值测试的精度的原因。示波器厂家在选择8bit ADC 其实是对采集速度和幅值精度做一个平衡。

现在工程师面临着新的挑战,越来越多的场景需要准确测试高速小信号,传统的8bit 示波器就显得尴尬,工程师对现有示波器测试结果有所顾虑。为提高测试精度最理想的方式是提高示波器ADC 位数。

泰克如何解决小信号测试的精准度问题

泰克公司新4 系,5 系,6 系示波器采用硬件12bitADC 倾力打造无与伦比的垂直分辨率,帮助您准确捕获微小信号。

Tek049 首次亮相是作为泰克新一代4,5,6 系列MSO( 混合信号示波器) 的芯片。能够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,这要归功于Tek049。这些新型ASIC 将作为泰克未来示波器的核心,为面向现代工程师设计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40 nm 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。

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                   图2. Tek049 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100 GS/s 的总吞吐量。

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。

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。

观察宽幅瞬态信号上叠加的信号细节

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。

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           图3. 利用8bit 和12bit 示波器测试开关管导通信号

图3 显示的是用不同垂直分辨率的示波器测试同一个开关电路开关导通瞬间震荡波形的对比。为测试完整的波形,需要对示波器设定选择一个较大的量程;同时工程师需要对边沿的震荡放大以对细节进行观测。


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              图4. MDO4000C 示波器(8bit) 测试结果

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             图5. 全新4 系列MSO 示波器(12bit)测试结果

图4 和图5 是这两台示波器在同样设置条件下(250MSa/s 采样率,10k 样点,2V 每格) 实际测试结果。可以看到MDO4000C 示波器(8bit) 测试结果,因为其垂直分辨率的限制,放大后出现明显的量化台阶,基本无法进行分析;而泰克全新4 系列MSO 示波器(12bit) 捕获的波形,放大后仍然能够准确复现震荡信号的细节。

示波器12bitADC 已经成为测试行业的趋势,泰克新一代12bit 示波器大大增加了工程师的测试信心,也为工程师提供了准确测试高速信号的方法。



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