PXIe-5164 示波器，提升準確度與輸入範圍

透過規格標示，便能了解類比設計所運用的技術。透過頻寬、有效位元數 (ENOB) 等規格標示，便能了解通帶平度、步進響應、線性與雜訊等等特性。PXIe-5164 類比設計的特色，包含高動態範圍的類比至數位轉換器 (ADC) 與類比前端、耐用且無損高解析度效能的高電壓設計，以及使用數位訊號處理 (DSP) 來穩定並等化強度與相位響應的功能。

高動態範圍的 ADC 與前端

同時使用 PXIe-5164 與熱門的 8 位元箱型示波器執行量測，最能看出 PXIe-5164 不同凡響的動態範圍。圖 3 的時域圖顯示箱型示波器與 PXIe-5164 示波器在數位脈衝上的單一通訊訊號變化。通訊訊號的振幅為脈衝振幅的 1％。兩種儀器皆設定為 50 Ohm，並以 2 Vpp 做為範圍。為了提高訊號雜訊比，將箱型示波器的頻寬降低至 250 MHz，並設定為高解析度的擷取模式。使用 8 位元箱型示波器擷取的通訊訊號幾乎無法辨識，然而 PXIe-5164 示波器呈現的資料卻仍清晰可見，還能加以解碼。 

圖 4 為 8 位元箱型示波器與 PXIe-5164 示波器，以 11 dBm、101 MHz 的正弦音做為輸入所獲得的頻譜結果。兩種示波器皆設定為 50 Ohm，以 2 Vpp 做為範圍，完整頻寬之中設有 100 萬個快速傅利葉轉換 (FFT) 掃頻點。此時 PXIe-5164 示波器的雜訊水平大幅降低了 22 dB。即便將 PXIe-5164 資料中的 FFT 規模縮減至 200,000 個點，在兩者的 FFT 皆具 2.5 KHz 槽寬的情況下 (此時箱型儀器的取樣率為 5 Gs/s 而 PXIe-5164 的取樣率則為 1 Gs/s)，PXIe-5164 的雜訊水平依舊低了 16 dB。PXIe-5164 示波器具有較佳的諧波失真效能。

耐用的高電壓設計，無損高解析度效能

傳統示波器中的 50 Ohm 訊號路徑能夠提供高度的過載保護，但卻因為包含 1 MOhm 緩衝區而犧牲了效能。PXIe-5164 示波器的訊號路徑設計，在直接偶合的 50 Ohm 路徑上即裝設一組特別的保護電路，因此能夠克服這項問題 (圖 2[b] 中標記為「保護 (protection)」的區塊)。在不犧牲 50 Ohm 效能的情形下即可達成高度保護。

大部分的示波器，皆須透過一或多個補償分壓器針對高電壓範圍執行作業，所以還必須透過笨重的電磁式機械繼電器，才能開關這些分壓器，如圖 2(a) 所示。這些繼電器原本佔用著寶貴機板空間，但現在可用於執行多種其他必要的示波器功能。PXIe-5164 示波器能夠透過特殊技術 (專利申請中)，在低電壓時完成所有的開關動作、避免耗用上述機板空間。PXIe-5164 不須使用麻煩的電磁式機械繼電器，即可量測範圍介於 +/-50 V 的電壓與 +/-250 V 的偏移電壓。

DSP 能夠穩定並等化強度與相位響應

示波器類比前端的頻率與步進響應多少會有所變化。數位濾波能夠大幅改善不同範圍、通道甚或單元之間的變化。此外，您還能使用數位濾波調整其他特性的響應，例如通帶平度與線性相位響應等等。在 PXIe-5164 示波器中，16-tap 有限脈波響應 (FIR) 濾波器即在 FPGA 中產生，並將隨著 ADC 資料同時執行串流，藉此提供上述優勢。濾波參數在原廠或外部校準時便已決定，並將依據範圍、阻抗與濾波設定從 EEPROM 傳輸至 FIR 濾波器中。校準程序必須使用具有穩定頻率的功率計，才可確保校準期間內，能將可追蹤的平面頻率響應傳輸至 PXIe-5164 中。保證能夠達到 +/- 0.5 dB 至 330 MHz 的平度。圖 5 為 PXIe-5164 示波器所量測的常見響應，其中各範圍和通道與 0 dB 之間的差距最多不超過 0.022 dB。圖 6 為其所量測的步進響應，其中對稱的波形顯示理想的線性相位特性。

軟體設計儀器 vs. 傳統儀器

如果量測系統硬體配備使用者可程式化的 FPGA，即可提供低延遲受測裝置 (DUT) 控制與 CPU 負載降低等多種優勢。下列段落會詳細說明多種使用情境。

運用內建的決策功能，加強測試系統整合

很多測試系統皆須透過數位訊號才能控制 DUT 或晶片。傳統的自動化測試系統可以透過 DUT 模式來排序，在各階段執行所需的量測作業。有時候，自動化測試裝置 (ATE) 系統可根據所收到的量測值，在各個 DUT 設定間整合相關資訊。

無論是哪種情況，只要軟體設計儀器整合了使用者可程式化的 FPGA，都有助於節省時間與成本。將量測處理與數位控制功能整合至單一儀器之後，就可以減少系統所需的額外數位 I/O，同時避免儀器之間的觸發設定。如果 DUT 必須因應所收到的量測資料而受到控制的話，軟體設計儀器就可以關閉硬體內的迴圈，減少在軟體層級做出決策而導致延遲大幅提高的狀況。

透過硬體量測縮短測試時間並提升掌控能力

目前的軟體架構測試系統可平行執行數量有限的量測作業，但是軟體設計儀器卻只受限於可用的 FPGA 邏輯。透過實際的硬體平行機制即可處理多個量測作業或資料通道，不必捨棄一部分的量測作業。有了軟體設計儀器，就可以執行即時頻譜遮罩等功能，無論是效能還是成本效益，都遠勝過傳統的箱型儀器。

只要能夠以低延遲在軟體設計儀器內執行量測作業，即可執行數十個或數百個即時量測，而且一起執行的平均時間還等於傳統測試系統執行單一量測項目的時間。這樣一來，不但能夠提升測試結果的品質，還可以增加量測作業的可靠性。

客制化定義的觸發器，有助於專心處理重要資料

低延遲觸發器行為適用的傳統儀器選項不多，而且受限於所使用的硬體；只要使用軟體設計儀器，即可把客制化的觸發功能納入裝置，迅速集中處理重要狀況。高彈性的硬體架構觸發，代表使用者可實作客制化頻譜遮罩或其他複雜的狀況，做為擷取重要量測資料或啟動額外儀控設備的條件。 

如需深入了解以 LabVIEW 建置、並於軟體設計示波器實作的客制化觸發器，請觀看 5 分鐘網路研討會或參閱實作資訊。

透過內建的即時訊號處理，降低 CPU 處理負載

處理大量資料時，就算是最強大的商用 CPU 也會不堪負荷，因此系統必須加裝多個處理器，甚至得延長測試時間。有了軟體設計儀器，即可在硬體上處理資料，大幅降低 CPU 的負載。FFT、濾波、數位降轉換與通道化等運算作業都可以於硬體實作，進而減少必須傳輸至 CPU 並在此處理的資料量。

快速製作原型，保障最終的設計效能

以往我們通常只將儀控用於測試與量測應用，不過 I/O 與模組化儀器軟體之間的連接功能也有助於製作電子系統原型。舉例來說，您可以使用示波器與 RF 訊號分析儀來製作進階的雷達系統原型，只要連接使用者可程式化的 FPGA，便可把進階演算法快速部署至原型，迅速完成概念驗證。

PXIe-5164 示波器採用開放式的模組化 PXI 架構，並提供使用者可程式化的 FPGA，因此適用於航太/國防、半導體與研究/物理等許多需要高電壓量測與高振幅準確度的應用領域。使用者可程式化的 FPGA 搭配現成硬體，即可提供目前最優異的彈性與效能，同時符合未來需求。由於系統需求會持續改變，有了軟體設計儀器，便能針對不同的模組化 I/O 保障軟體投資，此外還可以根據目前的應用需求隨時修改現有 I/O。

航太與國防測試

航太與國防測試機的使用週期多可達到 40 年以上。汰換老舊儀器、重新取得測試機的認證皆為相當耗費成本的挑戰。PXIe-5164 示波器的高電壓範圍與儀器可重設的特性，使其成為採用新型設計的示波器典範，也是汰換老舊儀器時的最佳選擇。觸發器或濾波器等許多規格或特性皆須與不同時期的測試機保持一致，這款新型的示波器讓您能夠重複使用 LabVIEW 建立的硬體 IP、有助於降低認證與維護成本，並能藉此減少向下相容性問題。

了解 NI 在哪些領域影響著航太與國防產業。

能源研究

能源社群針對常見匯流排上同步的多個通道執行評估，藉此在大範圍的輸入電壓準位中提供高解析度的擷取作業。有了 PXIe-5164，您便能在單一機箱中輕鬆同步化 PXI 模組 (PXIe-5164 示波器能夠在單一機箱中支援 34 個通道)，也可使用 NI-TClk 或額外的時序與同步化模組在多個機箱中執行同步化作業。有了高電壓範圍，便不須針對 PDV、等離子或 Tokamak 環磁機應用測試固有的多種訊號類型，執行額外的衰減作業。其他應用包含局部放電監控與分析，其受惠於高輸入電壓範圍，以及使用者可程式化的 FPGA，因而能夠以硬體的速度執行並處理量測作業。

了解 NI 如何提升能源產業的作業與研究效率。

半導體與汽車測試

智慧型汽車 IC 的增加也連帶提升了汽車產業中半導體元件測試的電壓需求。以高電壓、高頻率方式運作的裝置在未來的智慧型載具中將越來越常見。此外，檢視來往於引擎控制單元 (如 SPI 或 CAN) 之間、充滿雜訊的匯流排通訊時，便須仰賴 PXIe-5164 示波器的高解析度，測試其他子系統時則須滿足比目前傳統解決方案更高的電壓輸入需求。

NI 針對需要高電壓範圍、高解析度與低雜訊，但不需要頻寬或使用者可程式化 FPGA 的應用，提供次級效能版的 PXIe-5164。

• 探索 PXIe-5164 示波器，以取得詳細規格、選擇配件、購買新的示波器。
• 瀏覽所有 NI 示波器，針對應用做出最合適的選擇。
• 如需深入了解示波器作業與效能的基本概念，請前往：儀器基本概念系列。