内存长度对抖动测试的影响
影响JNF的另一个因素是在测试结果中包括的抖动噪声的频段。所有抖动都具有不同的频率分量,其通常从DC直流到高频部分。因为抖动测试的频率范围是由示波器的高速采集内存的大小决定的,它是单次采集时间窗口的倒数(单次采集时间窗口=高速内存长度×采样间隔时间)。例如,泰克TDS6154C在40GSa/s时实现了64 M的高速采集内存,即一次触发能够以25ps的时间间隔连续采集64M个样点,得到单次采集时间为1.6ms,因此它能够测量最低到625Hz的抖动。在示波器中测量JNF时,还应指明该指标包括的频率范围。泰克示波器一般标称的是在最长记录长度和高采样率下的JNF。
当使用示波器进行抖动测试时,高速采集内存长度是示波器进行抖动测试的关键指标。在示波器的前端放大器和采集电路后面跟随着高速存储电路,它存储ADC转换的采样点。高速内存长度不仅决定了一次抖动测试中样本数的多少,还决定了示波器能够测试的抖动频率范围。表1显示了20GSa/s高采样率下,不同内存长度分析抖动频率范围的大小。
传统示波器设计时采用将高速采集前端(多达80颗ADC)和高速内存在物理上用一颗SoC芯片实现,由于有太多功能在一个芯片内部,导致片内高速内存容量的限制(在40GS/s下一般小于2M),只能测量直到20KHz以上的抖动,并且当需要测试低频抖动时,无法对内存扩展升级。对于大多数应用,测试和分析625Hz到20KHz范围内的抖动信息非常重要。为了弥补这种设计结构的缺陷,这类示波器会采用外部的低速存储器弥补片内高速内存,但外部存储器不能在高采样率下工作,一般只能提供2GS/s,无法提供有意义的抖动测试结果。
TDS6154C采用硅锗(SiGe)半导体集成采集前端,并使用专用的高速存储器。它同时支持最大的带宽,采样率和存储长度。例如,当使用40GS/s实时高速采集时,512K内存一次采集数据量仅为12.5us,只能测试频率范围为80K以上的抖动。在各种串行总线和时钟抖动测试中都很难满足测试要求。