简单认识是德科技采样示波器

1. 引言：采样示波器的“捷径”挑战

当传统的实时示波器还在带宽和测试精度上努力突破时，一种“不一样”的示波器却早就弯道超车，走上捷径，甚至让人怀疑其是否满足被反复提及的奈奎斯特采样定律？

带宽带宽，我分分钟给你飙到100码，不是，是100GHz！

垂直分辨率，我16位，兄弟你几位？

——来自采样示波器的挑战宣言

上百GHz带宽的采样示波器，它的采样率是多少？你一定会大吃一惊！以是德科技N1046A 电采样示波器（模块）为例，带宽大于100 GHz，而它的硬件采样率竟然只有250kHz！我们一直熟记的 2N 法则不适用了吗？

图1.1 N1046A 采样示波器（模块）核心指标

小K 先不告诉大家答案，我们继续往下看！

2. 更低的采样率下实现更高的带宽

在高速通信领域，信号的带宽和采样率是衡量示波器性能的关键指标。实时示波器虽然能够捕捉单次事件，但在超高带宽（如100 GHz以上）场景下，其采样率和成本往往难以满足需求。而采样示波器（也称等效时间采样示波器）通过巧妙的技术设计，实现了“低采样率、高带宽”的突破。

2.1核心技术：等效时间采样原理

采样示波器的核心在于等效时间采样技术（Equivalent-Time Sampling）。与实时示波器不同，它并非连续采集信号，而是通过多次触发逐步构建完整波形。具体步骤如下：

重复信号触发

采样示波器要求被测信号具有重复性（如周期性时钟或数据流）。每次触发时，仪器在信号周期的不同时间点采集一个样本点。例如：

?第一次触发：在信号上升沿后1 ns处采样；

?第二次触发：在上升沿后1.1 ns处采样；

?第N次触发：在上升沿后1+(N-1)×Δt处采样。

时间插值重建波形

通过多次触发积累足够多的样本点后，仪器将这些点按时间顺序排列，重建出完整的波形。由于每次采样点的时间间隔Δt可以非常小（皮秒级），最终等效的采样率可高达数百Gsa/s甚至Tsa/s。

图2.1 等效采样工作过程

因此，在等效时间采样中，需要多次触发事件才能构建出完整的波形。其分辨率不像实时采集那样受限于采样间隔，而是受限于示波器时基电路的精度，而该电路的精度非常高。

2.2高带宽实现：硬件架构与信号处理

采样示波器的高带宽得益于其独特的硬件架构和信号处理技术：

高速采样头（Sampler）

?采样示波器的核心是采样头，它使用隧道二极管或阶跃恢复二极管（SRD）实现皮秒级的采样窗口。

?例如，Keysight的N1046A 电采样示波器带宽高达100GHz，N1032X光采样示波器采样头带宽可达120 GHz，能够捕捉信号中的高频分量。

低噪声与高分辨率

?采样示波器通常采用高比特数ADC（如12-16位），相比实时示波器的8-10位ADC，能提供更精细的垂直分辨率。

?TDR可以通过多次采样平均，进一步降低噪声，实现亚毫伏级的测量精度。

时钟恢复与同步

?需要外部同步时钟或内置时钟恢复模块（如Keysight的N107XB）确保采样点与信号严格对齐。

?高稳定度的时基（如Keysight DCA-X的<100 fs抖动）是保证测量精度的关键。

答案揭晓

不是奈奎斯特定理不适用了，而是等效时间采样通过多次触发重建波形，本质是‘采样时间换精度’，不违背奈奎斯特定理对单次采样的要求，但突破了实时采样的带宽限制。

2.3对比分析：采样示波器 vs 实时示波器

是德科技高端示波器可分为两类：UXR系列实时示波器和DCA-X系列等效时间（或采样）示波器。下表重点对比了这两类示波器的差异。

2.4核心应用场景

高速通信测试

?例如800G/1.6T以太网、128G Fibre Channel等，需要>59 GHz带宽分析信号完整性。

?Keysight DCA-X系列通过模块化设计（如N1046A 电模块, N1032A光学模块）支持此类测试。

眼图与抖动分析

?采样示波器的低噪声特性（如90 fs抖动）使其成为抖动分析的黄金标准。

TDR阻抗测试

?采样示波器结合TDR模块（如Keysight N1055A）可实现皮秒级上升沿的阻抗测量。

2.5局限性与挑战

尽管采样示波器性能卓越，但也有其局限性：

?无法捕捉单次事件：如电源毛刺或突发错误；

?依赖时钟恢复：非周期信号看不到眼图；

3. 结语：采样示波器的技术价值

采样示波器通过等效时间采样、高速采样头和低噪声设计，实现了超高带宽与高精度的平衡，成为高速通信、数据中心和AI集群测试的核心工具。

是德科技作为采样示波器领域的领导者，提供一系列 DCA 采样示波器解决方案，包括：

DCA-X 系列：

高性能采样示波器平台，例如N1032B支持高达120 GHz的带宽和多达16个通道，N1046A 支持高达100GHz的带宽和多达32个通道。

DCA-M 系列：

经济型采样示波器，适用于制造和研发应用。

时钟数据恢复系列：

用于精确恢复时钟信号，并进行抖动分析。

FlexDCA 软件：

用于控制和分析 DCA 采样示波器的软件平台，提供多种软件工具，例如 FlexEye、FlexPLL 和 FlexRT 等。

FlexOTO 软件：

用于创建高通道数的测试系统，提高测试效率和硬件利用率。

DCA 合规测试软件：

用于验证产品是否符合 IEEE、OIF-CEI 和 Fiber Channel 等行业标准。

图3.1 是德科技DCA (采样示波器)产品图

关于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）启迪并赋能创新者，助力他们将改变世界的技术带入生活。作为一家标准普尔 500 指数公司，我们提供先进的设计、仿真和测试解决方案，旨在帮助工程师在整个产品生命周期中更快地完成开发和部署，同时控制好风险。我们的客户遍及全球通信、工业自动化、航空航天与国防、汽车、半导体和通用电子等市场。我们与客户携手，加速创新，创造一个安全互联的世界。