使用低价位仪器测试高速时钟

       当你需要测量 高速时钟 频率时，可能选择价位昂贵的台面仪器。而实际上，使用 低价位 数字 测试 仪器的数字捕获能力，再加上一些DSP软件函数即可测试高速时钟。下文介绍了具体的实现办法。

       奈奎斯特定律的混叠      

      我们都相信，取样原理称，取样频率必须比被测最高频率高两倍。例如，当捕获160MHz的时钟，就要用320MHz以上的频率。如果使用33.333MHz取样器捕捉160MHz时钟，例如Nextest MarerICk公司的数字捕捉仪，则时钟信号必然会出现混叠，或者可能得到另一个较低的频率。

       一个160MHz时钟会混叠成为6.666MHz，因为160MHz正好比33.333MHz*5=166.666MHz低6.666MHz。用33.3333333MHz的取样率对160MHz取样时，在频域产生的不同频段如图1a所示。图中最右边是133MHz频段（4*33MHz）至166MHz频段（5*33MHz）。类似DCI那样的仪器不允许你真正测得该频段的信号，但是这些信号时的确存在的，并且证明这是落入到奈奎斯特频率段的混叠频率。图中黄色表示的是从DC至16.666MHz。

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图1对160MHz信号取样，a)用33MHz采样率，b)用25MHz产生不定性， c)用正交采样率排除不定性

       因为160MHz正好落在比166.666MHz低6.666MHz的位置上，它将通过几个频段向后混叠（而你同样不能直接观察到它），由红色箭头表示。实际上你能够看到的6.666MHz 混叠会出现在奈奎斯特频段内，混叠出现在DC以上6.666MHz的原因是，它来自约为取样率4.5倍的上半部频段，再折叠回来表现为镜子里的反向图像。相位也会反转，但是对采样目的来说，相位并不重要。

       现在你能够看到在奈奎斯特频段内的6.666MHz，但这是否表明了你已经捕获到了160MHz呢? 并非如此。如果你在奈奎斯特频段真正看到6.666MHz，则它可能是160MHz，也可能是其他在图1a上不列出的频率之一（26.6、39.9、60、73.3等等）。一旦确实证明是在奈奎斯特频段内的6.666MHz，则这就是捕捉到的160MHz，而且还需要使用不同的取样率进行再抽样。

       如果使用另一个与原来33.333MHz不同的取样率对160MHz时钟取样时，混叠频率降落在不同的位置。如果你见到混叠频率再次落在160MHz， 则似乎两次取样都可以补到160MHz了，可以排除其他频率的可能性。因此，新取样率不能太靠近原来的取样率，不然它们就会因为拥有公共因子而被删除，并且落到比160MHz较低的频率上。录入，你再用25MHz取样频率对160MHz取样时，真正的结果并不很明显（图1b） 。

       用25MHz取样表明，160MHz比150MHz（5*25）高10MHz。故混叠频率会回到奈奎斯特频段内比DC高10MHz的地方。不幸的是，由于33.333MHz（30ns）和25MHz（40ns）具有公共因子1/10ns，或者100MHz，所以它们最后将产生共同的混叠频率。

       使用正交取样频率

       因为第二个取样频率将确认真正捕捉的信号，因此需要一个完全与原来取样频率无关的频率（没有公共因子）来进行取样。一种方法是采用锁相环使系统时钟偏移，但这样会导致标准系统时钟周期分辨率的变化。

       对于Nextest Maverick的仪器，可以使用APG的锁相环来选择频率。所以你必须挑选少数几个与33.333MHz取样频率没有公共因子的频率，例如77MHz（12.987013ns），周期采用38.961039ns（3*系统时钟周期），相应取样频率是25.666666MHz。可是，不能在运行中切换锁相环，因此必须做一次捕捉时全部时间复位，然后再做第二次捕捉。因为捕捉时间极快，对测试时间影响不大。

       采用这个取样率获得的混叠频率如图1c所示。图中160MHz准确地落在比154MHz（6*25.66MHz）高6MHz的地方，是混叠频率出现在奈奎斯特频段内。注意25.66MHz取样的全列混叠频率与33.333MHz取样的全列混叠频率完全不相同。这正是本文所介绍的技术工作的重点。可再次通过图1a来证实这一要点。图中出正确结果160MHz以外，在两列混叠中没有出现相同的频率。