本應(yīng)用指南以泰克 4，5 和 6 系列 MSO 為例，說 明了多示波器同步的程序和原理。4，5 和 6 系列 MSO 支持任意型號(hào)示波器之間的同步，從而實(shí)現(xiàn) 更多通道的同步采集系統(tǒng)。

通道數(shù)量為何要求超過 4 個(gè)？

4 系列 B MSO 示波器是同系列產(chǎn)品中首個(gè)推出 6 通道 的型號(hào)，可滿足用戶多種測試應(yīng)用場景。可應(yīng)用于復(fù)雜 粒子物理實(shí)驗(yàn)的捕獲、多個(gè)電源軌的測量、三相電源轉(zhuǎn) 換器的分析等場景。測量可以包括串行總線中出現(xiàn)的電 源串?dāng)_、分析射頻干擾、同步觀測輸入 / 輸出信號(hào)的傳 輸?shù)鹊取?/span>

人們也會(huì)通過同步多臺(tái)示波器能夠測量更多通道。在 多通道應(yīng)用或測量場景中，為了精確分析整個(gè)被測系統(tǒng) 的時(shí)序關(guān)系，保持通道間的精確同步非常重要。

多示波器測量的考慮因素

軟件

對(duì)于多示波器測量系統(tǒng)，軟件可以發(fā)揮關(guān)鍵的作用。從 最基本的層面來說，軟件需要整合多臺(tái)儀器的數(shù)據(jù)，并 由軟件進(jìn)行儀器的觸發(fā)和采集設(shè)置。軟件還可提供組 合波形的顯示和分析功能。

另外，軟件可以幫助完成相差校正。雖然用戶可以通過 編寫自定義軟件來完成這些任務(wù)，但比起繁瑣的程序開 發(fā)過程，TekScope PC 分析軟件直接提供這些功能，可 以更加快捷高效地完成復(fù)雜的設(shè)置，讓用戶更專注于 測試本身。在本應(yīng)用指南中，TekScope PC 軟件將用于 多示波器控制和采集，后面的章節(jié)介紹了該軟件的使 用方法。

系統(tǒng)配置

考慮測試系統(tǒng)的同步方法時(shí)，理解各種同步策略以及 通道間容許的時(shí)序誤差量非常重要。不同的線纜連接、 觸發(fā)和延遲補(bǔ)償方法會(huì)對(duì)時(shí)序誤差產(chǎn)生重大影響。示 波器內(nèi)外部（即線纜和探頭）的通道延遲差異會(huì)導(dǎo)致通 道之間的時(shí)序誤差或“相差”。在決定同步策略時(shí)，首 先需要回答幾個(gè)關(guān)鍵問題。測試系統(tǒng)輸入通道間可以容 許多大相差？是所有的輸入通道都需要滿足嚴(yán)格的相 差容許，還是只有部分通道需要？比如機(jī)電或人機(jī)應(yīng)用 的測量，零點(diǎn)幾毫秒是可以容許的。然而，高速電子系 統(tǒng)的測量就需要更高的同步性。

In order to better understand the tradeoffs in configuring a solution, it helps to understand the sources of timing error in a multi-instrument system.

時(shí)序誤差的來源

為了更好地理解時(shí)序誤差的來源，可將其分為四種類型：

1. 觸發(fā)抖動(dòng)
觸發(fā)抖動(dòng)是時(shí)序誤差的逐次采集變化。將示波器設(shè)置 為無限余暉并觀測一個(gè)與觸發(fā)同步的信號(hào)時(shí)，可以看到 這一現(xiàn)象。如圖 1a 與圖 1c 的差異所示。使用外部觸發(fā) 源或用探頭的 4、5、6 系列 MSO 輸入通道，抖動(dòng)將小 于 10 ps。若采用輔助觸發(fā)輸入，會(huì)增加超過 200 ps 的 抖動(dòng)。

2. 示波器通道間的相差
4、5 和 6 系列 MSO 規(guī)格書載明，使用探頭時(shí)，模擬通 道間的延遲將小于 100ps。

3. 各示波器外部觸發(fā)器或探頭的電纜傳播延遲產(chǎn)生的 相差
使用外部觸發(fā)器和功分器時(shí)，電纜長度的任何差異都會(huì) 導(dǎo)致約 70ps/cm 的相差。如果每臺(tái)示波器上使用相同 的模擬探頭作為觸發(fā)源，相差應(yīng)小于 100ps。如圖 1b 所示。

4. 觸發(fā)事件與輔助觸發(fā)輸出信號(hào)之間的相差。
當(dāng)被觸發(fā)示波器的輔助輸出端口指定為觸發(fā)輸出信號(hào) 時(shí)，存在 1 μs 的固有相差。如不加以校正，對(duì)于大多 數(shù)應(yīng)用場景來說，該相差量可能過大。如果記錄長度 足夠長，則可使用預(yù)觸發(fā)延遲進(jìn)行校正。如圖 2 右側(cè) 所示。

圖 1a：低相差和低抖動(dòng)（**）。

圖 1b：高相差和低抖動(dòng)。

圖 1c：低相差和高抖動(dòng)。

圖 1d：高相差和高抖動(dòng)（最差）。

圖 2：不同的觸發(fā)設(shè)置導(dǎo)致不同的相差或延遲。左側(cè)的設(shè)置將同一個(gè)觸發(fā)信號(hào)使用相位匹配電纜饋送至兩臺(tái)儀器的觸發(fā)通道。 右側(cè)的設(shè)置顯示了“菊花鏈”的影響，其中一臺(tái)示波器的輔助輸出饋送至下一臺(tái)示波器的輔助觸發(fā)輸入通道，導(dǎo)致明顯的延遲。

1. 使用外部源的低相差同步方法

最 精確 的同步技術(shù)是 使 用單個(gè) 觸 發(fā) 源，通 過 功 分 器 （BNC 或 SMA）將觸發(fā)信號(hào)分離，將同一信號(hào)饋送到 多臺(tái)示波器，如圖 3 所示。連接分離器和所有儀器的 應(yīng)該為相同長度的同類電纜（最好是相位匹配電纜）， 這樣可以減小由于不同傳播延遲導(dǎo)致的相差。

圖 3：該系統(tǒng)中，輔助觸發(fā)輸入和時(shí)基參考均由分離器和匹配的 50Ω 電纜饋送。此設(shè)置在不犧牲每臺(tái)示波器通道的情況下提供 了**相差結(jié)果。使用輸入通道代替輔助觸發(fā)輸入將減少測量通道的數(shù)量，但觸發(fā)抖動(dòng)會(huì)減少大約 200 ps。

關(guān)于功分器

為了維持觸發(fā)信號(hào)的完整性，我們采用高質(zhì)量的功分 器。該分離器充當(dāng)平衡分壓器，將 50Ω 觸發(fā)源連接到 50Ω 電纜，再連接到示波器的 50Ω 輸入。功分器（如 圖 4 所示）將電壓分配到四條支路上，從而 5V 峰值觸 發(fā)器能為每條支路提供 1.25 V 的電壓。請(qǐng)注意功分器 的規(guī)格和觸發(fā)信號(hào)要求。驅(qū)動(dòng) 4，5，6 系列 MSO 的輔 助觸發(fā)輸入的信號(hào)電平最好大于 500 mV。提供的觸發(fā) 信號(hào)越大，示波器的觸發(fā)系統(tǒng)響應(yīng)越好，越穩(wěn)定，相差 結(jié)果就越好。

圖 4：一個(gè) SMA 功率分離器，連接到四根匹配的電纜和一個(gè) 觸發(fā)源

圖 3 和圖 4 所示是泰克推薦的同步配件：SMA 高帶寬 4 路功 率分離器（泰克部件 編號(hào)：174-6214-00）和 4 根匹配的 SMA 電纜（泰克部件編號(hào)：174-6212-00）。 所示電纜在 ps 內(nèi)匹配，以控制相差。

同步參考時(shí)鐘

通過高保真 10 MHz 參考時(shí)鐘鎖定示波器的采樣器也 是非常重要的。這樣可以消除時(shí)基之間的長期漂移效 應(yīng)，最大限度地減少了在跨度較大（>2ms）的通道間測 量中的差量時(shí)間精度誤差。

同步參考時(shí)鐘有兩種方法：

1. 最好的方法是使用高穩(wěn)定性的外部時(shí)鐘，并使用一 個(gè)功分器來饋送每個(gè)參考時(shí)鐘輸入。這與用于分離 觸發(fā)信號(hào)的方法類似，如圖 3 和圖 4 所示。

2. 另一種方法是使用一臺(tái)示波器的內(nèi)部參考時(shí)鐘，并 將其饋送到下一臺(tái)示波器，如圖 5 所示。而該示波器 的輔助輸出可為串聯(lián)的下一臺(tái)示波器的參考輸入進(jìn) 行饋送，依此類推。這種方法適用于內(nèi)部參考時(shí)基精 度滿足要求的情況。

無論哪種情況，對(duì)于接收 10 MHz 參考時(shí)鐘的儀器，參 考時(shí)鐘源均應(yīng)設(shè)置為外部。雙 擊 4,5,6 系列 MSO 上的 “Acquisition”（采 集）標(biāo) 志，可找 到該設(shè) 置，如 圖 6 左側(cè)所示。一旦發(fā)射和接收示波器配置并同步，時(shí)基參 考源應(yīng)顯示綠色“Locked”（已鎖定）指示。

在輸出參考時(shí)鐘的儀器上，必須進(jìn)入“Utility”（實(shí)用 程序）菜單 ，“Aux Out”（輔助輸出）選擇參考時(shí)鐘， 將參考時(shí)鐘指定為輔助輸出 ，如圖 6 右側(cè)所示。

圖 5：使用來自一臺(tái)波器的時(shí)基參考來饋送其他示波器。

圖 6：4，5 和 6 系列 MSO 菜單，用于設(shè)置參考時(shí)鐘并鎖定時(shí)基參考。左側(cè)是接收示波器上參考時(shí)鐘設(shè)置。右側(cè)是發(fā)射示波器上 的輸出參考時(shí)鐘的設(shè)置。

使用 TekScope PC? 多示波器客戶端和相差校正工具

圖 7：TekScope PC 支持將多達(dá) 4 臺(tái)示波器連接到一臺(tái)電腦，并可在單個(gè)顯示器上顯示來自任何活動(dòng)通道的信號(hào)。

TekScope ? PC 分析軟件是泰克提供的一款應(yīng)用程序，非常適合多示波器配置。該軟件的操作方式與 ?/?/? 系列 MSO 用戶界面相同，但在 Windows 電腦上遠(yuǎn)程運(yùn)行。使用 TekScope 可以連接多臺(tái)示波器，并在單個(gè)界面上顯示 所有波形，就和在單臺(tái)示波器上運(yùn)行一樣。該軟件還能將所有連接示波器的全部數(shù)據(jù)保存在一個(gè)文件里。

配置 TekScope PC 用于多示波器應(yīng)用

連接 4，5 或 6 系列 MSO 示波器非常簡單。單擊“Add New Scope”（添加示波器）標(biāo)志，將添加一臺(tái)新示波器。 雙擊示波器標(biāo)志，輸入 IP 地址，然后連接，如圖 8 所示。

圖 8：在 TekScope PC 中使用“Add New Scope”（添加示波器）標(biāo)志，添加額外的示波器連接。

圖 9：連接示波器以后，將顯示或隱藏其他通道。

使用 TekScope 對(duì)多示波器系統(tǒng)進(jìn)行相差校正

相差校正過程包括測量及消除不同示波器通道之間的相差。

圖 10. 對(duì)于相差校正過程，不是觸發(fā)信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該 應(yīng)用于兩個(gè)正在去偏移的通道。這里觸發(fā)信號(hào)被分成 輔助輸入和相差校正信號(hào)被分成每個(gè)示波器上的通道 1。

需要將非觸發(fā)信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)接入到兩個(gè)待校正相差的通道上，如圖 10 所示。該信號(hào)應(yīng)具有快速上升時(shí)間（例如 50 ps）。使用 TekScope PC 一次連接兩臺(tái)示波器。選擇一個(gè)通道作為參考，如圖 11 所示。

圖 11：相同的信號(hào)接入到待校正相差的兩個(gè)通道。

下一步是疊加顯示兩個(gè)通道，如圖 12 所示。然后，放大信號(hào)的前緣，這樣就可以使用光標(biāo)來測量差量時(shí)間，如圖 13 所示。

圖 12：待校正相差的信號(hào)被放大并以疊加模式顯示。

圖 13：測量不同示波器上兩個(gè)通道之間的差量時(shí)間。

現(xiàn)在需要消除通道間存在的相差。雙擊該通道的垂直菜單。在“Deskew”（相差校正）設(shè)置中輸入測得的差量時(shí)間。 如圖 14 所示。所有通道都必須重復(fù)以上操作。

圖 14：在通道垂直徽章標(biāo)志的“Deskew”（相差校正）設(shè)置中輸入測得的差量時(shí)間，可將校正兩個(gè)通道之間的相差。

總結(jié)

本技術(shù)簡介介紹了使用 4，5 和 6 系列 MSO 示波器和 TekScope PC 分析軟件同步多示波器測量系統(tǒng)的方法。4，5 和 6 系列 MSO 支持任意型號(hào)示波器之間的同步，從而實(shí)現(xiàn)更多通道的同步采集系統(tǒng)。