Khi tín hiệu cần xem có sườn vài chục picogiây — một đường truyền 10 Gb/s, một module quang, một xung radar — máy hiện sóng thời gian thực thông thường nhanh chóng chạm trần giá. Lối đi quen thuộc của phòng lab là máy hiện sóng lấy mẫu: đổi khả năng bắt sự kiện một lần lấy băng thông hàng chục GHz. Dòng PicoScope 9000 có mười một mã chia hai nhánh, và hai nhánh đó không chỉ khác nhau về băng thông mà khác nhau về cách lấy mẫu. Chọn nhầm nhánh là mua một máy mạnh nhưng không làm được đúng phép đo mình cần. Bài này giúp bạn chọn giữa nhánh 9300 và nhánh SXRTO 9404A, rồi chọn đúng mã trong nhánh.
Mười một mã, hai kiến trúc lấy mẫu
Nhánh PicoScope 9300 gồm bảy mã: 9301-20, 9301-30, 9302-20, 9311-20, 9321-20, 9341-20 và 9341-30. Đây là máy hiện sóng lấy mẫu đúng nghĩa, dùng kỹ thuật lấy mẫu tuần tự (sequential equivalent-time sampling): sau mỗi lần trigger, một bộ tạo trễ lập trình được lấy thêm một điểm ở vị trí trễ hơn một chút, dần dần dựng lại dạng sóng.
Nhánh PicoScope 9404A gồm bốn mã: 9404A-06, 9404A-16, 9404A-25 và 9404A-33. Pico gọi đây là SXRTO — sampler-extended real-time oscilloscope, máy hiện sóng thời gian thực được mở rộng bằng lấy mẫu. Máy lấy mẫu thời gian thực ở 500 MS/s mỗi kênh, và với tín hiệu lặp lại thì chuyển sang lấy mẫu ngẫu nhiên (random equivalent-time sampling) để đạt độ phân giải thời gian dưới picogiây.
Chính tài liệu của Pico nhấn mạnh rằng theo quy ước, SXRTO không phải máy hiện sóng lấy mẫu. Trên thị trường, cả hai nhánh vẫn thường được gọi chung là máy hiện sóng lấy mẫu vì cùng dựa trên nguyên lý lấy mẫu tương đương. Khác biệt thật nằm ở ba điểm dưới đây, và ba điểm này quyết định bạn chọn nhánh nào. Nếu cần ôn lại nguyên lý hai kiến trúc, bài máy hiện sóng thời gian thực và lấy mẫu tương đương giải thích chi tiết.
Khác biệt 1: nguồn trigger
Máy lấy mẫu tuần tự cần một tín hiệu trigger tách riêng khỏi tín hiệu cần đo. Trên 9300, trigger nội từ kênh đo chỉ dùng được tới 100 MHz; với tín hiệu GHz, bạn phải cấp trigger ngoài qua cổng trực tiếp (tới 2,5 GHz) hoặc cổng prescaled (tới 14 GHz trên mã 20 GHz, tới 18 GHz trên mã 30 GHz), hoặc dùng mô-đun khôi phục clock.
9404A có trigger nội trên mọi kênh từ DC tới 2,5 GHz, và qua bộ chia tới 6 GHz. Chỉ cần cắm tín hiệu vào một kênh là máy trigger được. Đây là khác biệt lớn nhất về thao tác hằng ngày.
Khác biệt 2: có thấy được phần trước trigger không
Máy lấy mẫu tuần tự không bắt được dữ liệu trước điểm trigger — mọi điểm đều lấy sau trigger một khoảng trễ. SXRTO thì có pre-trigger như máy thời gian thực. Nếu bạn cần xem điều gì xảy ra ngay trước một cạnh, 9404A là nhánh phù hợp.
Khác biệt 3: độ phân giải dọc và độ mịn thời gian
9300 dùng ADC 16 bit (40 µV mỗi mức) và lấy mẫu tuần tự tương đương 15 TS/s, tức độ phân giải thời gian 64 fs. 9404A dùng ADC 12 bit và lấy mẫu ngẫu nhiên tối đa 5 TS/s (0,2 ps) trên hai mã 25 và 33 GHz. So con số: 16 bit cho 65 536 mức, gấp 16 lần 4 096 mức của 12 bit; 15 TS/s gấp 3 lần 5 TS/s, và gấp 15 lần 1 TS/s của mã 9404A-06.
Bù lại, 9404A lấy mẫu thời gian thực nhanh gấp 500 lần (500 MS/s so với 1 MS/s của 9300) và có bản ghi dài hơn: 250 kS khi dùng một kênh, gấp khoảng 7,6 lần bản ghi tối đa 32 768 điểm của 9300.
Bảng so sánh hai nhánh PicoScope 9000
Bảng dưới tổng hợp từ datasheet chính hãng của hai nhánh. Các con số là giới hạn theo nhánh; thông số riêng từng mã nằm ở phần sau.
| Tiêu chí | PicoScope 9300 (lấy mẫu tuần tự) | PicoScope 9404A (SXRTO) |
|---|---|---|
| Băng thông | 20 hoặc 30 GHz | 6, 16, 25 hoặc 33 GHz |
| Số kênh | 2 (riêng 9341: 4) | 4 trên mọi mã |
| ADC | 16 bit | 12 bit |
| Lấy mẫu tương đương | 15 TS/s (64 fs) | 1 đến 5 TS/s (1 ps đến 0,2 ps) |
| Lấy mẫu thời gian thực | 1 MS/s | 500 MS/s mỗi kênh |
| Bản ghi tối đa | 32 768 điểm | 250 kS (1 kênh), 125 kS (2 kênh), 50 kS (3–4 kênh) |
| Trigger từ kênh đo | Tới 100 MHz | DC–2,5 GHz, qua bộ chia tới 6 GHz |
| Pre-trigger | Không | Có |
| Khôi phục clock | Có sẵn trên 9302 và 9321, tới 11,3 Gb/s | Tuỳ chọn lắp tại nhà máy: 5, 8 hoặc 11,3 Gb/s tuỳ mã |
| Biểu đồ mắt, mặt nạ | Hơn 160 mặt nạ | Hơn 200 mặt nạ, tới 16 Gb/s, có phép đo PAM4 |
| TDR/TDT tích hợp | Có trên 9311-20 | Không |
| Đầu vào quang | Có trên 9321-20 | Không |
| Kích thước, khối lượng | 170 × 285 × 40 mm, tối đa 1,3 kg | 244 × 54 × 233 mm, 1,52 kg |
| Nhiệt độ vận hành | +5 đến +35 °C | +5 đến +40 °C |
Nhánh 9300: năm biến thể cho năm bài toán
Mọi mã 9300 dùng chung khung: đầu vào 2,92 mm (K) cái tương thích SMA, trở kháng 50 Ω ±1 Ω, dải vào 1 V đỉnh-đỉnh, nhiễu nền dưới 1,5 mV RMS điển hình ở băng thông đầy đủ của mã 20 GHz và dưới 1,9 mV RMS ở mã 30 GHz. Tất cả có bộ phát tín hiệu tích hợp (xung, PRBS, clock) để kiểm tra chính cấu hình đo, kết nối USB 2.0 và LAN, và khả năng khoá theo mẫu dữ liệu dài tới 223−1 bit.
| Mã | Băng thông | Kênh | Điểm riêng |
|---|---|---|---|
| 9301-20 | 20 GHz | 2 | Bản cơ bản, trigger ngoài |
| 9301-30 | 30 GHz | 2 | Bản cơ bản, prescaled trigger tới 18 GHz |
| 9302-20 | 20 GHz | 2 | Khôi phục clock 6,5 Mb/s – 11,3 Gb/s |
| 9311-20 | 20 GHz | 2 | Bộ phát bước TDR/TDT vi sai 60 ps, 2,5–7 V |
| 9321-20 | 20 GHz | 2 | Bộ chuyển đổi quang-điện 9,5 GHz, kèm khôi phục clock |
| 9341-20 | 20 GHz | 4 | Bốn kênh điện |
| 9341-30 | 30 GHz | 4 | Bốn kênh điện, prescaled trigger tới 18 GHz |
9301: khi đã có sẵn clock để trigger
PicoScope 9301-20 và bản 30 GHz là lựa chọn gọn nhất khi thiết bị phát dữ liệu nằm ngay trên bàn và bạn lấy được clock của nó làm trigger. Không có khôi phục clock, không TDR, không đầu vào quang — chỉ hai kênh băng thông cao và 16 bit.
9302: khi chỉ có dữ liệu, không có clock
Ở đầu xa của một sợi cáp hay một kênh truyền, bạn thường chỉ có chuỗi dữ liệu. Mô-đun khôi phục clock trên 9302-20 tái tạo clock từ chính dữ liệu, dải 6,5 Mb/s tới 11,3 Gb/s, jitter clock khôi phục 1 ps RMS điển hình cộng 1,0% chu kỳ bit. Máy kèm bộ chia công suất để đưa tín hiệu vào cả khối khôi phục clock lẫn kênh đo.
9311: khi bài toán là trở kháng đường truyền
PicoScope 9311-20 tích hợp hai bộ phát bước dương và âm, sườn 60 ps, biên độ 2,5 tới 7 V, lệch giữa hai đầu ra chỉnh được theo bước 1 ps. Theo datasheet, cấu hình này phân giải trở kháng tới 16 mm và định vị lỗi tới 4 mm trên đường mạch in, đầu nối và cáp. Muốn tách nguồn bước khỏi máy đo, Pico có dòng PicoSource PG900 gắn được với mọi mã 9300, trong đó PG914 có thêm đầu tunnel diode 40 ps. So sánh giữa TDR trên máy lấy mẫu và TDR dựng từ máy phân tích mạng có trong bài đo TDR là gì.
9321: khi tín hiệu đi trên sợi quang
PicoScope 9321-20 có bộ chuyển đổi quang-điện băng thông 9,5 GHz, nhận cả sợi đơn mode và đa mode qua đầu FC/PC, dải bước sóng 750–1650 nm, hiệu chuẩn ở 850, 1310 và 1550 nm. Máy đo được hệ số tắt (extinction ratio), độ cao và độ rộng mắt quang cho các chuẩn như OC48/STM16 hay Fibre Channel 4,25 Gb/s; nhờ khôi phục clock tích hợp, máy dùng được tới 11,3 Gb/s. Pico bán kèm bộ lọc Bessel–Thomson theo từng tốc độ bit để dạng sóng sau chuyển đổi phản ánh đúng thứ bộ thu quang nhìn thấy.
9341: khi cần bốn kênh cùng lúc
9341-20 và 9341-30 là hai mã bốn kênh của nhánh, hợp cho hai cặp vi sai, hoặc đầu vào và đầu ra của một linh kiện đo đồng thời. Lưu ý: 9341 không có khôi phục clock — bảng so sánh model trong datasheet chỉ đánh dấu tính năng này ở 9302 và 9321. Nếu bạn cần bốn kênh mà không có clock riêng để trigger, hãy xem 9404A với tuỳ chọn khôi phục clock.
Nhánh SXRTO 9404A: bốn bậc băng thông, cùng bốn kênh
Bốn mã 9404A giống nhau ở phần lõi: bốn kênh 50 Ω lấy mẫu đồng thời, ADC 12 bit, 500 MS/s mỗi kênh, bộ nhớ 250 kS chia giữa các kênh đang bật, chế độ phân đoạn tới 1024 đoạn để bắt sự kiện hiếm, jitter trigger 1,2 ps RMS điển hình. Khác nhau ở băng thông, tốc độ lấy mẫu ngẫu nhiên, đầu nối và dải vào.
| Mã | Băng thông | Thời gian lên (10–90%) | Lấy mẫu ngẫu nhiên | Dải vào / đầu nối | Trigger prescaled ngoài | Khôi phục clock tuỳ chọn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 9404A-06 | 6 GHz | ≤ 58,3 ps | 1 TS/s (1 ps) | ±1 V / SMA | Không có | Tới 5 Gb/s |
| 9404A-16 | 16 GHz | ≤ 21,9 ps | 2,5 TS/s (0,4 ps) | ±1 V / SMA | Tới 16 GHz | Tới 8 Gb/s |
| 9404A-25 | 25 GHz | ≤ 14 ps | 5 TS/s (0,2 ps) | ±800 mV / 2,92 mm (K) | Tới 20 GHz | Tới 11,3 Gb/s |
| 9404A-33 | 33 GHz | ≤ 10,6 ps | 5 TS/s (0,2 ps) | ±800 mV / 2,92 mm (K) | Tới 20 GHz | Tới 11,3 Gb/s |
Thời gian lên trong bảng là giá trị Pico tính từ băng thông theo công thức 0,35/băng thông. Giữa mã thấp nhất và cao nhất, băng thông tăng 5,5 lần (6 lên 33 GHz) thì thời gian lên cũng giảm đúng 5,5 lần (58,3 ps xuống 10,6 ps).
Hai điểm hay bị bỏ qua khi chọn mã 9404A. Thứ nhất, bộ nhớ chia theo số kênh: bật bốn kênh thì mỗi kênh còn 50 kS, tổng 200 kS. Thứ hai, dải vào hẹp lại ở hai mã cao: ±800 mV trên 9404A-25 và -33 so với ±1 V trên hai mã thấp, và mức chịu quá áp là ±1,5 V (so với ±1,4 V). Tín hiệu biên độ lớn cần suy hao ngoài trước khi vào máy.
Nhánh 9404A còn có một lợi thế ít người để ý: vì lấy mẫu thời gian thực 500 MS/s, máy dùng được chế độ bao hình (envelope) để xem hình dạng xung của sóng mang RF lặp lại, với băng thông giải điều chế theo Nyquist 250 MHz, trong khi ba kênh còn lại theo dõi dữ liệu điều chế hay dòng nguồn của tầng khuếch đại.
Máy hiện sóng băng thông cao: cần bao nhiêu GHz là đủ
Băng thông chỉ là con số trung gian; thứ bạn thật sự đo là thời gian lên của tín hiệu. Thời gian lên đọc được trên màn hình là tổng căn bậc hai của thời gian lên tín hiệu và thời gian lên của máy. Ví dụ với một sườn thật 30 ps:
- Máy 20 GHz (17,5 ps) đọc khoảng 34,7 ps — lệch gần 16%.
- Máy 30 GHz (11,7 ps) đọc khoảng 32,2 ps — lệch khoảng 7%.
- Máy 33 GHz (10,6 ps) đọc khoảng 31,8 ps — lệch khoảng 6%.
Từ 20 lên 30 GHz, thời gian lên của máy giảm 1,5 lần và sai số giảm hơn một nửa. Từ 30 lên 33 GHz, lợi ích về thời gian lên chỉ còn khoảng 1 ps. Nghĩa là giữa 9341-30 và PicoScope 9404A-33, băng thông không phải lý do chọn — kiến trúc lấy mẫu mới là lý do. Cách tính và giới hạn của quy tắc căn bậc hai được phân tích kỹ trong bài thời gian lên và băng thông hệ thống.
Một chiều ngược lại cũng đáng cân nhắc: băng thông cao đi kèm nhiễu cao. Ở băng thông đầy đủ, nhiễu điển hình của 9404A-25 là 2,7 mV RMS, khoảng 1,8 lần mức 1,5 mV của 9301-20. Nếu tín hiệu biên độ nhỏ và sườn không quá dốc, mã 20 GHz 16 bit có thể cho phép đo sạch hơn mã 25 GHz 12 bit.
Cây quyết định: chọn mã nào
- Tín hiệu có lặp lại không? Cả hai nhánh đều cần tín hiệu lặp lại hoặc gắn với clock để dựng dạng sóng ở độ phân giải picogiây. Sự kiện một lần ở băng thông GHz là việc của máy thời gian thực băng thông cao, không phải dòng này.
- Có cần thấy phần trước trigger, hoặc không có tín hiệu trigger riêng? Có → nhánh 9404A. Chọn -06, -16, -25 hay -33 theo thời gian lên của tín hiệu, rồi cân nhắc tuỳ chọn khôi phục clock nếu chỉ có dữ liệu.
- Có clock hoặc chấp nhận cấp trigger ngoài, cần 16 bit và độ mịn 64 fs? → nhánh 9300, rồi đi tiếp:
- Đo sợi quang → 9321-20.
- Đo trở kháng, định vị lỗi đường truyền → 9311-20.
- Chỉ có dữ liệu, không có clock → 9302-20.
- Cần bốn kênh → 9341-20 hoặc 9341-30.
- Còn lại → 9301-20 hoặc 9301-30.
- Chọn 20 hay 30 GHz trong nhánh 9300? Dựa vào sai số thời gian lên chấp nhận được ở phần trên. Mã 30 GHz còn nâng prescaled trigger từ 14 lên 18 GHz.
Các model trong dòng PicoScope 9000
Mười một trang sản phẩm dưới đây có ảnh, thông số và kênh báo giá của từng mã. Thông số trong bài lấy theo datasheet chính hãng; khi hai nguồn lệch nhau, hãy tin datasheet mới nhất của Pico và hỏi lại kỹ sư trước khi đặt hàng.
| Mã | Nhánh | Băng thông / kênh | Dùng khi |
|---|---|---|---|
| 9301-20 | 9300 | 20 GHz / 2 | Có clock để trigger |
| 9301-30 | 9300 | 30 GHz / 2 | Sườn dốc hơn, có clock |
| 9302-20 | 9300 | 20 GHz / 2 | Chỉ có dữ liệu |
| 9311-20 | 9300 | 20 GHz / 2 | TDR/TDT |
| 9321-20 | 9300 | 20 GHz / 2 + quang | Module quang |
| 9341-20 | 9300 | 20 GHz / 4 | Cặp vi sai, nhiều điểm đo |
| 9341-30 | 9300 | 30 GHz / 4 | Bốn kênh, sườn dốc |
| 9404A-06 | SXRTO | 6 GHz / 4 | Tín hiệu vài Gb/s, cần pre-trigger |
| 9404A-16 | SXRTO | 16 GHz / 4 | Dải giữa, dải vào ±1 V |
| 9404A-25 | SXRTO | 25 GHz / 4 | Sườn 14 ps, trigger từ kênh |
| 9404A-33 | SXRTO | 33 GHz / 4 | Sườn nhanh nhất trong dòng SXRTO |
Lưu ý vận hành và hiệu chuẩn
Đầu nối là phần hao mòn đắt nhất của máy băng thông hàng chục GHz. Pico gắn sẵn đầu nối bảo vệ (connector saver) trên từng kênh và kèm cờ lê kết hợp SMA/PC3.5/K; hãy siết đúng lực và thay đầu bảo vệ thay vì để đầu vào của máy mòn. Dải vào nhỏ — 1 V đỉnh-đỉnh trên 9300, ±800 mV trên hai mã 9404A cao — nghĩa là phóng tĩnh điện hoặc một xung lạ có thể làm hỏng tầng vào, nên luôn nối đất và dùng suy hao khi không chắc biên độ.
Datasheet 9300 ghi độ chính xác được bảo đảm trong phạm vi 2 °C quanh lần tự hiệu chuẩn gần nhất, và thời hạn hiệu lực hiệu chuẩn một năm. Với phép đo phục vụ nghiệm thu hay chứng nhận, lịch hiệu chuẩn thiết bị đo định kỳ nên được lên ngay từ lúc mua máy. Toàn bộ dải sản phẩm Pico có tại trang thiết bị Pico Technology.
Câu hỏi thường gặp
PicoScope 9300 và 9404A khác nhau cơ bản ở đâu?
9300 lấy mẫu tuần tự: 16 bit, 15 TS/s, nhưng cần trigger riêng và không có pre-trigger. 9404A là SXRTO: lấy mẫu thời gian thực 500 MS/s kết hợp lấy mẫu ngẫu nhiên tới 5 TS/s, 12 bit, trigger được từ mọi kênh và có pre-trigger.
PicoScope 9341 có khôi phục clock không?
Không. Trong nhánh 9300, chỉ 9302 và 9321 có khôi phục clock tới 11,3 Gb/s. Nhánh 9404A có khôi phục clock dạng tuỳ chọn lắp tại nhà máy: tới 5 Gb/s trên 9404A-06, 8 Gb/s trên 9404A-16 và 11,3 Gb/s trên 9404A-25 và -33.
Mã 9404A nào lấy mẫu nhanh nhất?
9404A-25 và 9404A-33 đạt 5 TS/s, tương ứng 0,2 ps. 9404A-16 đạt 2,5 TS/s (0,4 ps) và 9404A-06 đạt 1 TS/s (1 ps). Tốc độ thời gian thực là 500 MS/s mỗi kênh trên cả bốn mã.
Máy nào trong dòng đo được TDR và tín hiệu quang?
9311-20 có bộ phát bước TDR/TDT vi sai 60 ps, 2,5–7 V. 9321-20 có bộ chuyển đổi quang-điện 9,5 GHz, 750–1650 nm. Các mã 9300 khác có thể làm TDR/TDT khi ghép bộ phát xung PicoSource PG900.
Chọn máy hiện sóng lấy mẫu 20 GHz hay 30 GHz?
Tính theo thời gian lên: mã 20 GHz có 17,5 ps, mã 30 GHz có 11,7 ps. Với sườn thật 30 ps, máy 20 GHz đọc lệch gần 16%, máy 30 GHz lệch khoảng 7%. Nếu sai số dưới 10% là yêu cầu, chọn 30 GHz.
