核心速览

研究背景

·  文献综述：文章提到了一些用于采样电路的电气模型，其中一些是作者自己发明的。这些模型不仅用于设计和表征采样示波器，也有助于理解其操作。此外，文章还讨论了校准采样示波器的方法，包括用于表征和校正其有限脉冲响应的方法，以及校正示波器时间基准的不完美性和测量设置中的阻抗不匹配的方法。

采样示波器操作原理

采样电路的有限脉冲响应

SPICE模型

分析模型

混频器模型

通过测量确定示波器脉冲响应

时间基准失真和抖动

匹配校正

·  阻抗不匹配校正：高频示波器通常设计为测量设备对理想50Ω负载提供的电压。然而，示波器本身很少具有完美的50Ω输入阻抗。通过在示波器前端添加精密空气线，可以在时间校准中减少这种阻抗不匹配。频率域方法允许在更长的时间窗口内进行匹配校正，通过使用矢量网络分析仪测量示波器和被测设备的阻抗来进行校正。

采样示波器的工作原理主要依赖于对输入信号的采样和重建。采样电路通常由两个二极管组成，这些二极管在没有触发脉冲（strobe）时处于高阻抗的反向偏置状态。当触发脉冲发生时，二极管的阻抗会降低，允许输入端的电压通过二极管流向保持电容。这种注入的电荷与触发时刻的输入电压成正比。采样电路的平衡触发配置确保只有转移到保持电容的净电荷产生输出信号，差分电荷由触发脉冲转移并相互抵消。通过在输入脉冲序列的每次重复中，比上一次触发稍晚的时间点触发脉冲，可以重建输入脉冲序列中单个脉冲的形状。

采样示波器的脉冲响应具有有限的持续时间，这意味着在有限的时间间隔内，电荷以非均匀的方式注入到保持电容上。这种非理想响应会改变重建的输出信号。为了数学上表示这一现象，可以将采样电路的输入与采样电路的“脉冲响应”进行卷积。

为了更准确地理解采样示波器的工作原理，可以使用SPICE模型进行电路仿真。SPICE是一个电路仿真器，它使用大信号、时域差分方程来解决电路中的电压和电流问题。通过模拟采样电路，包括触发脉冲、采样二极管和保持电容，可以直接模拟示波器的行为。

此外，还可以通过测量快速、特征明显的脉冲来确定采样示波器的脉冲响应。通常，这种测量涉及构建一个比要校准的示波器快得多的采样器或示波器。

综上所述，采样示波器通过在特定时间间隔内对输入信号进行采样，并利用这些采样数据重建信号的形状。其工作原理和校准方法涉及对电路模型的理解和应用，以及对脉冲响应的测量和分析。

取样示波器常见校准方案有哪些？

取样示波器的常见校准方案包括：

1. 校正有限的示波器脉冲响应：这涉及到对示波器的脉冲响应进行测量和校正，以确保其能够准确地重建输入信号的形状。

2. 校正示波器时间基准的失真和抖动：时间基准失真（TBD）和抖动是由于触发脉冲检测后示波器插入的可变延迟引起的系统误差和随机噪声。这些可以通过测量不同相位和频率的正弦波来表征。

3. 阻抗不匹配校正：由于示波器的输入阻抗很少是完美的50Ω，因此需要校正阻抗不匹配。这通常通过在示波器前端添加精密空气线来减少，以使整个系统的阻抗接近50Ω。

4. 使用快速、特征明显的脉冲进行校准：通过测量快速且特征明显的脉冲来确定示波器的脉冲响应。

5. 扫频校准：通过测量已知幅度的正弦波来确定采样示波器的频率响应的幅度。

6. 鼻对鼻校准：通过将两个相同的示波器输入端口连接在一起，使用它们产生的“踢出”脉冲来提取示波器的脉冲响应。

以上校准方案均旨在提高取样示波器的测量精度和可靠性。