1. 引言：采樣示波器的“捷徑”挑戰

當傳統的實時示波器還在帶寬和測試精度上努力突破時，一種“不一樣”的示波器卻早就彎道超車，走上捷徑，甚至讓人懷疑其是否滿足被反復提及的奈奎斯特采樣定律？

帶寬帶寬，我分分鐘給你飆到100碼，不是，是100GHz！

垂直分辨率，我16位，兄弟你幾位？

——來自采樣示波器的挑戰宣言

上百GHz帶寬的采樣示波器，它的采樣率是多少？你一定會大吃一驚！以是德科技N1046A 電采樣示波器（模塊）為例，帶寬大于100 GHz，而它的硬件采樣率竟然只有250kHz！我們一直熟記的 2N 法則不適用了嗎？

圖1.1 N1046A 采樣示波器（模塊）核心指標

小K 先不告訴大家答案，我們繼續往下看！

2. 更低的采樣率下實現更高的帶寬

在高速通信領域，信號的帶寬和采樣率是衡量示波器性能的關鍵指標。實時示波器雖然能夠捕捉單次事件，但在超高帶寬（如100 GHz以上）場景下，其采樣率和成本往往難以滿足需求。而采樣示波器（也稱等效時間采樣示波器）通過巧妙的技術設計，實現了“低采樣率、高帶寬”的突破。

2.1核心技術：等效時間采樣原理

采樣示波器的核心在于等效時間采樣技術（Equivalent-Time Sampling）。與實時示波器不同，它并非連續采集信號，而是通過多次觸發逐步構建完整波形。具體步驟如下：

重復信號觸發

采樣示波器要求被測信號具有重復性（如周期性時鐘或數據流）。每次觸發時，儀器在信號周期的不同時間點采集一個樣本點。例如：

?第一次觸發：在信號上升沿后1 ns處采樣；

?第二次觸發：在上升沿后1.1 ns處采樣；

?第N次觸發：在上升沿后1+(N-1)×Δt處采樣。

時間插值重建波形

通過多次觸發積累足夠多的樣本點后，儀器將這些點按時間順序排列，重建出完整的波形。由于每次采樣點的時間間隔Δt可以非常小（皮秒級），最終等效的采樣率可高達數百Gsa/s甚至Tsa/s。

圖2.1 等效采樣工作過程

因此，在等效時間采樣中，需要多次觸發事件才能構建出完整的波形。其分辨率不像實時采集那樣受限于采樣間隔，而是受限于示波器時基電路的精度，而該電路的精度非常高。

2.2高帶寬實現：硬件架構與信號處理

采樣示波器的高帶寬得益于其獨特的硬件架構和信號處理技術：

高速采樣頭（Sampler）

?采樣示波器的核心是采樣頭，它使用隧道二極管或階躍恢復二極管（SRD）實現皮秒級的采樣窗口。

?例如，Keysight的N1046A 電采樣示波器帶寬高達100GHz，N1032X光采樣示波器采樣頭帶寬可達120 GHz，能夠捕捉信號中的高頻分量。

低噪聲與高分辨率

?采樣示波器通常采用高比特數ADC（如12-16位），相比實時示波器的8-10位ADC，能提供更精細的垂直分辨率。

?TDR可以通過多次采樣平均，進一步降低噪聲，實現亞毫伏級的測量精度。

時鐘恢復與同步

?需要外部同步時鐘或內置時鐘恢復模塊（如Keysight的N107XB）確保采樣點與信號嚴格對齊。

?高穩定度的時基（如Keysight DCA-X的<100 fs抖動）是保證測量精度的關鍵。

答案揭曉

不是奈奎斯特定理不適用了，而是等效時間采樣通過多次觸發重建波形，本質是‘采樣時間換精度’，不違背奈奎斯特定理對單次采樣的要求，但突破了實時采樣的帶寬限制。

2.3對比分析：采樣示波器 vs 實時示波器

是德科技高端示波器可分為兩類：UXR系列實時示波器和DCA-X系列等效時間（或采樣）示波器。下表重點對比了這兩類示波器的差異。

2.4核心應用場景

高速通信測試

?例如800G/1.6T以太網、128G Fibre Channel等，需要>59 GHz帶寬分析信號完整性。

?Keysight DCA-X系列通過模塊化設計（如N1046A 電模塊, N1032A光學模塊）支持此類測試。

眼圖與抖動分析

?采樣示波器的低噪聲特性（如90 fs抖動）使其成為抖動分析的黃金標準。

TDR阻抗測試

?采樣示波器結合TDR模塊（如Keysight N1055A）可實現皮秒級上升沿的阻抗測量。

2.5局限性與挑戰

盡管采樣示波器性能卓越，但也有其局限性：

?無法捕捉單次事件：如電源毛刺或突發錯誤；

?依賴時鐘恢復：非周期信號看不到眼圖；

3. 結語：采樣示波器的技術價值

采樣示波器通過等效時間采樣、高速采樣頭和低噪聲設計，實現了超高帶寬與高精度的平衡，成為高速通信、數據中心和AI集群測試的核心工具。

是德科技作為采樣示波器領域的領導者，提供一系列 DCA 采樣示波器解決方案，包括：

DCA-X 系列：

高性能采樣示波器平臺，例如N1032B支持高達120 GHz的帶寬和多達16個通道，N1046A 支持高達100GHz的帶寬和多達32個通道。

DCA-M 系列：

經濟型采樣示波器，適用于制造和研發應用。

時鐘數據恢復系列：

用于精確恢復時鐘信號，并進行抖動分析。

FlexDCA 軟件：

用于控制和分析 DCA 采樣示波器的軟件平臺，提供多種軟件工具，例如 FlexEye、FlexPLL 和 FlexRT 等。

FlexOTO 軟件：

用于創建高通道數的測試系統，提高測試效率和硬件利用率。

DCA 合規測試軟件：

用于驗證產品是否符合 IEEE、OIF-CEI 和 Fiber Channel 等行業標準。

圖3.1 是德科技DCA (采樣示波器)產品圖

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