2002年力科、泰克、安捷伦三个公司分别推出使实时示波器的带宽扩展到6GHz的三种数字示波器。三种仪器都具有高达20GS/s的取样率，工程师在他们的电路除错手段中获得了****的*高性能实时示波器。然而，跟所有新工具一样，重要的是要掌握使用这些工具的*有效方法。值得注意的一点是信号混淆问题，这里既有在观察中容易出错的新问题，亦有可防止混淆信号分量使数据崩溃的新办法。

　　信号混淆的基本原理

　　当信号欠取样时会产生混淆。特别是，奈奎斯特原理告诉我们，为了仪器能重建正确的信号频率，数字取样系统必须在每个周期内捕捉两个以上的样本。当每个周期捕捉的样本小于两个时，仪器仍然获得数据，粗心的用户会认为观察到的信号就是电路的真正信号，而实际都是“混淆”信号。混淆一词是指真正信号频率和实际信号形状没有看见，而且数字化点显示出“假”的很容易被错认的信号。

　　用20GS/s取样率捕捉的5.5GHz信号与用10GS/s捕捉的结果对比如图1所示。在**种情况下，捕捉到正确的信号波形和测量到真正的频率。在**种情况下，虽然信号看来很真实，但它是欠取样的。测量得的频率4.5GHz是取样率(10GS/s)与实际信号频率(5.5GHz)之差。

　　粗心的示波器用户可能注意到图1的**个示波器屏幕和认为实际信号频率是4.5GHz，或者假定主要信号是2.5Gbit的通信信号，但是有一些5.5GHz的噪声出现。用户可能相信噪声是4.5GHz和浪费时间在该频率下寻找噪声来源。

　　采用长存储器防止混淆

　　一旦混淆信号作为信号采集的一部分被数字化，就不可能将混淆信号从出现在混淆频率上的真正信号区分开。甚至在某一频率下信号的真正分量就是一个混淆分量。如何避免混淆问题?*重要的防御办法是对所用的数字化仪器有充分了解。图2示出取样率随时基的变化曲线。虽然数字化仪的*高取样率可达到20GS/s，如果样本必须延伸到很宽的时间范围，则样本之间的间隔会大于50PS。这意味着信息有损失，超过奈奎斯特极限的信号分量就是混淆信号。

　　***防止混淆的办法是拥有在尽可能多的时基下保持高取样率的存储系统。容易计算出出现混淆的时基。查阅数字化器的技术数据资料，以及了解在*高取样率下有多大存储器可供应用。一个数字化器的总存储器可能有32M样本，但是在*高取样率下它只能捕捉到*多1M样本。这相当于50μS的信号长度(50PS/样本×1M样本)，或者5μS/格的时基。一个带有100M样本存储器的数字化器可保持5ms的20GS/s取样，在每个更长的时基下，它的取样过程将比只有1M样本的数字化器快100倍。

　　防混淆滤波器

　　任何数字化器在超过某一点之后，每次点击时基降低取样率时都增加混淆信号的范围。不难计算出哪些信号分量是混淆分量。数字存储示波器的前端放大器起着滤波器的作用，对超过放大器带宽的输入信号幅度加以限制。变为混淆的信号分量就是那些通过放大器并且超过奈奎斯特频率的分量。较旧的示波器结构具有较宽带宽的放大器和较弱的信号处理能力，它会将一个混淆分量的完整幅度送入数字化信号中。新的信号处理技术能够采用DSP滤波器消除混淆分量。

　　例如，假定正在采用10GS/s的取样率捕捉一个长的复杂1Gbit数据信号，奈奎斯特频率是5GHz，因而要选择可抑制超过该点以上的信号分量的滤波器。对于5GHz要使用2.5GHz的滤波器。不久以前，谨慎的工程师要在抽屉内保存一组硬件滤波器。然而随着功能强大的微处理器和数字处理技术的进步，实时示波器可提供一组灵巧的模拟和DSP滤波器来防止混淆，而且仍然比前几代技术构建的示波器具有快得多的吞吐率。

　　结语

　　你可能在实验桌上有一台高速示波器用于观察快速信号，但是有时亦需要观察较慢和较长的信号。也许你要测量微处理器时钟与电源在一个完整AC周期内(60Hz时是16ms)的耦合，或者正好要帮助同事解决在长的复杂数据流中的除错问题。当你接近到示波器存储器的极限时，必须密切注意到取样率。几乎所有示波器都在屏幕上显示取样率，必须记住奈奎斯特的限制，如果你认为信号含有超过奈奎斯特的谐波或宽带噪声，则采用硬件滤波器或DSP滤波器来滤除这些混淆分量。应该注意，具有短存储器的宽带放大器是危险的组合。如果信号通过放大器并由数字化器欠取样的话，你将得到*大的幅度混淆。