近幾年來，隨著半導體電路密度和功能的穩定提高、類比模型的不斷改進以及結構不斷變化等等，電子系統的性能正在不斷提昇。但是，設備之間的訊號傳輸速度和技術並沒有明顯變化。為什麼呢？因為過去的I/O信號結構足以完成工作，而實現變動的底層技術卻還不成熟。

在過去五年左右的時間中，工程師一直把重點放在低壓差分信號上，以明顯提高系統性能。資料速率已經以幾何級數提高，推動著設備之間的通訊更廣泛地採用複雜的串列協定，如PCI Express、Infiniband與XAUI等等。這些環境涵蓋了各種資料速率和傳輸結構，但所有這些資料速率和傳輸結構都需要更嚴格的設計和檢驗方法。

這使得示波器等測試設備的重要性大大提高。工程師依賴示波器分析串列設備設計的性能，支援核對總和調試工作。其任務包括精確進行參數測量、檢修和信號完整性分析。在開發流程後期，進而轉向示波器，生成眼圖進行一致性測試。

選擇示波器的工程師經常只考慮產品手冊和雜誌廣告標題中列明的技術指標，其中最為人所熟知的指標包括頻寬、取樣速率和記錄長度。儘管如此，這些指標並不能全面表明儀器在實際日常使用環境中的效果。例如，頻寬指標僅指明了示波器的大體頻率範圍，但卻和儀器是否能可靠地檢測和捕獲快速異常事件的能力沒有關係。

因此，在評估示波器時，了解主要指標的真正意義非常重要。此一建議實際有兩層含義：第一，最好深入分析廠商大肆宣傳的技術指標後面所隱藏的細微差別；第二，記住要研究某些功能，這些功能可能不如市場上最常吹捧的功能那樣引人注目，但可能會明顯影響設計人員工作的效果，甚至會影響工作的有效性。

《圖一　眼圖分析取決於示波器主要指標》

界定和重新界定頻寬

頻寬指標當然非常重要。對不斷挑戰高速串列匯流排結構極限的設計人員來說，在購買示波器時，頻寬一直是其最首要的考慮因素。

但是，頻寬本身只是描述儀器頻率響應的一個指標（正弦波滾降－3dB的頻率），擁有相同額定頻寬的兩台示波器，其上升時間可能並不相同，對複雜波形的回應也完全不同。為了做出正確的購買決策，有哪些指標或功能必須再詳加推敲呢？

這個問題可以從兩方面回答：一個是示波器真正的上升時間性能，另一個是儀器在數位信號處理（DSP）模式下的行為。

類比上升時間是示波器頻寬的函數，利用教科書中的公式，從頻寬中簡單地計算上升時間，這是某些公佈的上升時間指標的基礎。客觀測得的上升時間為測量提供了更好的基礎，包括帶有或不帶DSP增強功能。每名工程師都瞭解上升時間回應的重要意義。衡量測得的上升時間與計算得出的上升時間之間的差異才能瞭解其真正的涵義。

可以使用DSP濾波，擴展示波器的淨頻寬，使其頻響平坦化，在通道之間提供更好的匹配。在被測設備採用高速多通路串列傳輸環境時，這些都是關鍵功能。但是，DSP會引入某些誤差，會與超過實際類比頻寬的頻率範圍部分成比例提高。

那麼什麼時候應該使用DSP呢？在測量低於奈秒（ns）的上升時間或眼圖時(圖一)，從示波器中獲取最大頻寬非常重要。很明顯，這有利於DSP方法。最快速的測量幾乎一直需要最高的頻寬。

但有時可以通過某種方式旁路DSP擴展技術，推敲僅使用儀器本身的類比頻寬和上升時間。例如，某些研究人員使用專用DSP演算法，需要處理示波器中的原始資料，在這種情況下，DSP旁路功能非常重要。這類指標可能不會被廠商大肆宣傳，但在選擇高性能示波器時是一個重要考慮因素。

《圖二　雙觸發快照》

考察信號複雜性，而不只是速度

「高速測量」一詞在低於奈秒（ns）的邊緣和快速時鐘速率方面有各種不同的含義，有時人們忽略了這些高速測量通常是複雜性非常高的測量。捕獲資料流程中的某個碼需要涉及判斷、運氣、估算、猜測或正確選擇觸發功能。

示波器觸發對儀器可以捕獲、查看和測量哪些訊號具決定性影響，此一功能與頻寬和取樣速率一樣重要。觸發系統有自己不同的一套技術指標。觸發通路一般是主輸入信號通路的支路，應該體現許多相同的環境特點，如靈敏度、抖動等等。觸發性能的另一個指標是觸發類型的範圍，也就是在發生觸發時可以定義的條件。

當然，觸發系統有自己的主要指標。選擇示波器測量快速串列信號的設計人員可能會認為觸發通路的頻寬與儀器規定的頻寬相同。但事實上，觸發靈敏度是更具關鍵地位的相關指標。這一指標體現了一個簡單的問題：在捕獲頻率範圍頂部附近的信號時，幅度要求是什麼？在許多示波器中，觸發靈敏度與類比採集頻寬是不匹配的。即使信號的正常成分完全落在觸發器的性能指標範圍內，但是如果高速時的觸發靈敏度不足，仍可能會檢測不到突波或截斷的脈衝。幸運的是，矽鍺（SiGe）觸發電路拓撲等創新技術已經開始克服了這種限制。

工程師通常把示波器的觸發功能視為「一定的」，認為一直使用的邊緣和突波觸發是足夠的。但事實上，為有效完成實際工作，觸發靈敏度也是儀器的主要指標。

每台示波器都具有邊緣觸發功能，大多數高階儀器都具有「高級」觸發功能。邊緣觸發技術簡單地檢測超出電壓的事件，高級觸發則應用與電壓、定時或邏輯條件等有關的更多指標。在以臨界串列方式傳輸的數位信號領域中，高級觸發顯得日益重要。

在某些情況下，高級觸發設置可能是觸發目標信號的唯一方式。例如，處理多通路Infiniband設備的設計人員必須保證通路時間落在特定容許誤差範圍內，不僅要符合標準，還要能夠正常運行。

對應此一測量挑戰的一般方式是觸發一條資料流程中的一個特點，然後測量不同通路之間的偏移或時間位移。測量結果會匯總某個時點上的偏移值，這提供了有用的資訊，但通常不足以保證儀器在長期內穩定運行。

最近，採用全功能雙觸發技術的示波器，已經明顯簡化了在不同時間觀察這些偏移變化的複雜任務──可以定義兩種高級觸發功能，並可以從完整的觸發條件功能表中選擇每種功能。在資料特點激發第一個觸發器時，第二個觸發器可以找到設定期間內的偏移誤差，或重設第一個觸發器，再次啟動搜索，如(圖二)所示。在必要時，可以設定成用幾天時間等待發生誤差組合。

在評估示波器時，觸發指標很少放在優先考慮的位置上。但是，觸發系統在檢測和捕獲複雜事件或間歇性事件方面是一個重要的配套指標。在長期內以無人值守的方式進行偏移測量可以節約大量的時間。

相關的“次要”指標

前述討論的技術指標，其重要性通常被列為次於頻寬、取樣速率等主要指標。但事實上，在示波器評估過程中經常被視為次要問題的許多其他參數，可能會成為阻礙工作進度的主要因素。

對許多串列標準來說，嵌入式時鐘恢復（CDR）是示波器眼圖分析的基礎，它同時還為時鐘以及資料恢復（CDR），如(圖三)等測量提供支援。處理嵌入式時鐘信號的設計人員除了要考察主要指標外，還要考慮示波器可以通過哪些方式使時鐘恢復得更快、更簡便、更靈活以及可重復性更高。

應用需求一直引導著選擇方向。示波器能否用於檢修或一致性測量？有哪些時鐘恢復機制？示波器能不能即時恢復時鐘，顯示動態眼圖特點？

大多數高階示波器都提供兩種時鐘恢復法的一種，亦即基於軟體的時鐘恢復或基於硬體的時鐘恢復。軟體時鐘恢復從儲存的採集資料中生成，對採用TDSRT-Eye自動化一致性測試和分析軟體等程式的一致性測試，軟體方法是公認的首選工具。

另一種方法是可以使用基於鎖相迴路（PLL）的時鐘恢復，進行即時眼圖採集，但必要認真推敲指標：PLL（可以是軟體恢復或硬體恢復）能不能適應當前串列標準中演變的時鐘頻率？有些能，有些不能，因此必須瞭解其間的差異。

眼圖測量是設計人員需要使用示波器進行的某些最複雜程式，另一個實例是抖動測量。在這兩種情況下，設計人員都可以從示波器上運行應用軟體的專業經驗中受益。軟體工具最大限度地減少了學習時間，明顯降低了設置、測量和分析時間，如圖三所示。但是，這些工具從沒有出現在主要指標清單內。工程師必須自己下功夫，透過主要指標，保證提供適當的工具。

《圖三　眼圖分析程式簡化了複雜的測量工作，但很少出現在示波器的主要指標清單內。》

探棒指標

探棒指標也是不能忽視的一環，因為所有採集和分析功能都取決於信號在被測設備與示波器本身之間的實際傳輸情形。許多新型高速介面標準基於差分信號，而不是人們比較熟悉的單端通信。

儘管探棒解決方案有自己的主要指標，特別是在頻寬和負荷方面，但還應瞭解示波器和探棒作為一個系統使用時產生的影響，例如示波器系統是否提供了真正的差分探棒工具？如果沒有，便必須使用兩個單端探棒和機載數學運算，以排除某些測量類型。此外，共模抑制、靈敏度、回應精度和本底雜訊等問題都影響著探棒對信號的影響。在測量當前高速信號時，這些參數很小的差異，都可能會導致很大的探棒負荷失真。

探棒連接方法很少被放到示波器主要指標中，但它們在每項測量中都非常重要。某些被測設備裝有SMA測試點，其他設備則要求接觸微小表面封裝設備上的各個針腳，示波器的探棒解決方案能否滿足所有這些需求則是考量重點。

總結

主要指標一直是比較示波器的公認標準。但是，精明的工程師會透過主要指標，仔細考察影響日常任務的基礎性能。從整體上看，採集、觸發、分析工具和探測中的某些不太顯著的指標可能會和描述頻寬、取樣速率和記錄長度的「主打」指標一樣重要。一切應以工作為中心，即使最次要的指標有時也會決定著成敗。（作者任職於Tektronix太克科技）