电子示波器是最受欢迎的电信号测量工具，目前数字存储示波器的实时带宽超过10ghz，取样数字示波器的等效带宽达到100ghz，在实验室、车间、现场都有各种电子示波器为电信号测量提供数据。根据电子示波器的基本原理可分为模拟和数字两大类。由于模拟示波器在电路结构上比数字示波器复杂，带宽1ghz以上的电子示波器全部是数字示波器就不难理解了。当带宽超过10ghz时，取样数字示波器又具有电路结构最简单的优势，除了取样门要求最高带宽之外，其它都是低速电路，因而较易获得100ghz的等效带宽。
带宽1ghz以上的数字存储示波器和等效带宽10ghz以上的取样示波器，它们的单台售价相当昂贵。针对特定应用往往仅使用到某些频率和功能，此时，根据被测对象构建用户定制的数字存储或取样示波器是可取的方法。本文提供有关的关键器件和电路都是近年的新产品。

图1 取样率2gs/s的adc芯片的结构框图

图2 双管式半桥式取样头电路

数字示波器的关键器件
数字存储示波器的关键器件——输入前端模/数转变器，通常是测量仪器公司自行设计和专用的高速集成电路，不供市售，例如tek公司用在tds5000等系列使用的带宽500mhz以上的adc，由tek和ibm共同开发制造，成本很高，只供维修时更换。直到今年atmel公司推出at84as系列高速adc，才有带宽1ghz，取样率2gs/s，分辨率10位的产品可供使用。现在，电子应用工程师可购买到高速高精度的adc,构建数据采集系统、数字存储示波器、自动测试系统、直接射频转换器等高频电路。atmel供应的at84as系列，目前有两个型号：at84as003和at84as004，前者的取样率1.5gs/s，后者的取样率2gs/s，两者完全兼容，at84as004的主要特征为：
·最高取样率-2gs/s
·最高分辨率-10位
·模拟输入电压和阻抗-500mv，100ω（差分）、50ω（单端）；
·模拟输入带宽-3.3ghz
·1ghz的高频特性—有效位数7.8位，信噪比51db，无杂波动态范围-55db,
·调节功能-adc增益，取样延迟，数据有效输出，超量程指示输出，1：4多工信号输出。
·供电电压—-5v,-2.2v,3.3v，2.5vp，功率耗散6.5w
·装封—-ebga317,25×35mm
·工作温度-0℃~90℃（民用级）-20℃~110℃（工业级）
at84as004芯片的结构框图如图1所示，从图1可见，输入信号vin经取样保持电路s/h，送入量化器和逻辑电路，在时钟输入clr，取样延迟调节sda、图形发生器有效位pgeb、复位脉冲drrb作用下实现a/d转换过程。获得的a/d数据输出经解多路复用器dmux和低压差分缓冲级lvds放大，形成4路输出端口a、b、c、d，4组输出的10位数字信号供存储器、dsp等作数据处理使用。芯片的调节信号还有内建自测试bist，异步复位asynrst，增益调节ga，二进制和灰度码选择b/gb，休眠状态sleep等。
at84s004芯片是目前市售频率指标最高的adc。首先是取样率达到2gs/s，模拟输入带宽是3.3ghz。按取样原理可知，δf≤fs/2即实时带宽应小于/等于取样率fs。该芯片的fs=2gs/s，求得△f=1ghz，即第一奈奎斯特区处在1ghz以下，第二奈奎斯特区扩展到2ghz。为避免产生波形混淆，数字存储示波器只使用第一奈奎斯特区，但是，双频通信应用时，可进入到第二奈奎斯特区，因为需为更宽的输入带宽。其次，在1ghz下的有效位数是7.8位而不是10位，由于时钟频率提高和电压比较器电平不稳，高频的分辨率会下降，从10位变成7.8位。大部分市售数字存储示波器的分辨率是8位。在高频时会低于7位。还有，芯片提供1：2和1：4的多工数字输出，对于后端数据处理非常有利，可以使用时钟较低的闪存和dsp，降低电路成本。
atmel公司的at84as系列tdc仍在发展中，cmos芯片的时钟频率可达到5ghz，表明该系列的取样率还有提高的潜力，atmel今年已连续推出1.5gs/s和2gs/s两种adc。maxim公司的max108是8位分辨率和1.5gs/s的adc，同样适用于数字存储示波器。

取样示波器的关键器体
取样示波器的关键器件是取样头，在原理上并非数/模转换过程而是开关过程。如果开关脉冲宽度用τ表示，等效带宽用δf表示，则求得δf＝a1/τ，式中α是与开关脉冲波形有关的常数。例如，当τ=0时，δf =∞，亦即，开关脉冲宽度趋于零时，等效带宽趋于无限大。一般假设开关脉冲是钟形函数，此时，作为估算可取δf =0.35/τ，当τ=3.5ps,求得δf=100 ghz。
取样门电路可用桥式电路，通常采用如图2所示的双管半桥式开关电路。当输入的+lo和-lo驱动脉冲加到反向偏置的快速开关二极管对，+l0和-l0驱动脉冲分别由2ps微带线短路，产生1ps级的开关脉冲，并且对被测信号