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 支持任意型號示波器之間的同步，從而實現(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？

4 系列 B MSO 示波器是同系列產(chǎn)品中首個推出 6 通道 的型號，可滿足用戶多種測試應(yīng)用場景。可應(yīng)用于復(fù)雜 粒子物理實驗的捕獲、多個電源軌的測量、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 源串擾、分析射頻干擾、同步觀測輸入 / 輸出信號的傳 輸?shù)鹊取?/span>

人們也會通過同步多臺示波器能夠測量更多通道。在 多通道應(yīng)用或測量場景中，為了精確分析整個被測系統(tǒng) 的時序關(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，軟件需要整合多臺儀器的數(shù)據(jù)，并 由軟件進行儀器的觸發(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，理解各種同步策略以及 通道間容許的時序誤差量非常重要。不同的線纜連接、 觸發(fā)和延遲補償方法會對時序誤差產(chǎn)生重大影響。示 波器內(nèi)外部（即線纜和探頭）的通道延遲差異會導(dǎo)致通 道之間的時序誤差或“相差”。在決定同步策略時，首 先需要回答幾個關(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格的相 差容許，還是只有部分通道需要？比如機電或人機應(yīng)用 的測量，零點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.

時序誤差的來源

為了更好地理解時序誤差的來源，可將其分為四種類型：

1. 觸發(fā)抖動
觸發(fā)抖動是時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與觸發(fā)同步的信號時，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，抖動將小 于 10 ps。若采用輔助觸發(fā)輸入，會增加超過 200 ps 的 抖動。

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，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，電纜長度的任何差異都會 導(dǎo)致約 70ps/cm 的相差。如果每臺示波器上使用相同 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)輸出信號之間的相差。
當被觸發(fā)示波器的輔助輸出端口指定為觸發(fā)輸出信號 時，存在 1 μs 的固有相差。如不加以校正，對于大多 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)延遲進行校正。如圖 2 右側(cè) 所示。

圖 1a：低相差和低抖動（**）。

圖 1b：高相差和低抖動。

圖 1c：低相差和高抖動。

圖 1d：高相差和高抖動（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)置將同一個觸發(fā)信號使用相位匹配電纜饋送至兩臺儀器的觸發(fā)通道。 右側(cè)的設(shè)置顯示了“菊花鏈”的影響，其中一臺示波器的輔助輸出饋送至下一臺示波器的輔助觸發(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 觸 發(fā) 源，通 過 功 分 器 （BNC 或 SMA）將觸發(fā)信號分離，將同一信號饋送到 多臺示波器，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)抖動會減少大約 200 ps。

關(guān)于功分器

為了維持觸發(fā)信號的完整性，我們采用高質(zhì)量的功分 器。該分離器充當平衡分壓器，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。請注意功分器 的規(guī)格和觸發(fā)信號要求。驅(qū)動 4，5，6 系列 MSO 的輔 助觸發(fā)輸入的信號電平最好大于 500 mV。提供的觸發(fā) 信號越大，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 SMA 功率分離器，連接到四根匹配的電纜和一個 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：174-6214-00）和 4 根匹配的 SMA 電纜（泰克部件編號：174-6212-00）。 所示電纜在 ps 內(nèi)匹配，以控制相差。

同步參考時鐘

通過高保真 10 MHz 參考時鐘鎖定示波器的采樣器也 是非常重要的。這樣可以消除時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 量中的差量時間精度誤差。

同步參考時鐘有兩種方法：

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

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

無論哪種情況，對于接收 10 MHz 參考時鐘的儀器，參 考時鐘源均應(yīng)設(shè)置為外部。雙 擊 4,5,6 系列 MSO 上的 “Acquisition”（采 集）標 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，時基參 考源應(yīng)顯示綠色“Locked”（已鎖定）指示。

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

圖 5：使用來自一臺波器的時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)置參考時鐘并鎖定時基參考。左側(cè)是接收示波器上參考時鐘設(shè)置。右側(cè)是發(fā)射示波器上 的輸出參考時鐘的設(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 4 臺示波器連接到一臺電腦，并可在單個顯示器上顯示來自任何活動通道的信號。

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 電腦上遠程運行。使用 TekScope 可以連接多臺示波器，并在單個界面上顯示 所有波形，就和在單臺示波器上運行一樣。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）標志，將添加一臺新示波器。 雙擊示波器標志，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 對多示波器系統(tǒng)進行相差校正

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. 對于相差校正過程，不是觸發(fā)信號的時鐘信號應(yīng)該 應(yīng)用于兩個正在去偏移的通道。這里觸發(fā)信號被分成 輔助輸入和相差校正信號被分成每個示波器上的通道 1。

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

圖 11：相同的信號接入到待校正相差的兩個通道。

下一步是疊加顯示兩個通道，如圖 12 所示。然后，放大信號的前緣，這樣就可以使用光標來測量差量時間，如圖 13 所示。

圖 12：待校正相差的信號被放大并以疊加模式顯示。

圖 13：測量不同示波器上兩個通道之間的差量時間。

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

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 支持任意型號示波器之間的同步，從而實現(xiàn)更多通道的同步采集系統(tǒng)。