示波器越来越多地被用作捕捉和分析高速串行数据传输的工具。一个自然的问题是，使用示波器可以捕获多长时间的串行数据模式。确定这个最大串行数据模式长度的方法在历史上没有很好的文献记载，它依赖于以下四个因素的组合:(1)指定的信号比特率，(2)最大可用示波器采集内存，(3)用户选择的采集采样率，以及(4)被测设备的指定信号数据模式长度。本文为信号完整性工程师提供了一个统一的公式和快速的经验法则，以确定使用示波器可以捕获多长时间的模式。
采样率和时间捕获窗口
示波器硬件具有指定的最大采样率和最大采集内存长度，但通常以较低的用户指定的采样率运行。采样率的选择直接影响在一次采集中可以捕获的时间量。
给定采集的采样率是用于该采集的内存量除以时间捕获窗口大小的比率。因此，时间捕获窗口大小的确定如图1所示。
图1。有关示波器采集的采样率、内存和时间捕获窗口的方程
对于串行数据传输，对应于一个模式长度的时间量由单位间隔时间(也称为一个比特周期)乘以以比特为单位的模式长度决定。这相当于比特率乘以模式中的比特数的倒数，如图2所示。
图2。数据模式时间的计算
例如，使用图2中的方程，5 Gb/s PRBS15模式的数据模式时间为(200 ps) x (215) = 200 E-12 x 32768 = 6.5535 us。使用相同的公式，10gb /s的PRBS21模式时间为(100 ps) x (221) = 100 E-12 x 32768 = 209.72 us。
通过结合图1和图2中的方程，以位为单位的模式长度可以受到示波器范围内存和采样率值的约束，如图3所示。
图3。组合方程表达了范围内存、范围采样率、UI时间和比特模式长度之间的关系
为了解决使用采样率为80 GS/s、内存为512 Mpts、信号比特率为10 Gb/s的示波器所能获取的最大比特序列(PRBS)模式，可捕获的模式长度(以比特为单位)为(512 Mpts) / (80 Gpts/s x 100 ps/bit) = 6400万比特。
利用这些值求解PRBS模式长度，2N= 64 e + 6。求解N = log2(64E+6)，得到N = 25.9。这证实了使用80gs /s的采样率和示波器上512 Mpts的内存长度可以捕获的最大10gb /s PRBS模式长度是PRBS25信号。
示波器能捕捉到PRBS31模式吗?目前，最长的连续示波器内存是5 Gpts。使用图3中的方程并将模式长度设置为231，采样率与比特率的最大比值为((5E9) / (231)) = 2.3283个样本/ bit。因此，尽管示波器可以捕捉到完整的PRBS31模式长度，每比特只有2.3个样本，但信号仍然是采样不足的。
总之，本文中有关信号比特率、信号模式长度、作用域采样率、作用域内存和事件捕获时间的统一方程可以被信号完整性工程师用来确定许多问题的答案，包括可以捕获模式的重复次数、可以捕获模式的长度，以及给定目标事件捕获窗口大小所需的采样率和内存长度。
