數(shù)字示波器簡介及分類

示波器也能分為模擬和數(shù)字類型。模擬和數(shù)字示波器都能夠勝任大多數(shù)的應(yīng)用。

數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

但是，對于一些特定應(yīng)用，由于兩者具備的不同特性，每種類型都有適合和不適合的地方。作進一步劃分，數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲示波器數(shù)字熒光示波器和采樣示波器。

數(shù)字的手段則意味著，在示波器的顯示范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對重復(fù)的信號而言，數(shù)字示波器的帶寬是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為3dB 點。對于單脈沖和瞬態(tài)事件，例如脈沖和階躍波，帶寬局限于示波器采樣率之內(nèi)。為了解更多的細(xì)節(jié)，請參照性能術(shù)語和應(yīng)用部分的采樣率一節(jié)。

數(shù)字存儲示波器

常規(guī)的數(shù)字示波器是數(shù)字存儲示波器(DSO)。它的顯示部分更多基于光柵屏幕而不是基于熒光。

數(shù)字存儲示波器(DSO)便于您捕獲和顯示那些可能只發(fā)生一次的事件，通常稱為瞬態(tài)現(xiàn)象。以數(shù)字形式表示波形信息，實際存儲的是二進制序列。這樣，利用示波器本身或外部計算機，方便進行分析、存檔、打印和其他的處理。波形沒有必要是連續(xù)的;即使信號已經(jīng)消失，仍能夠顯示出來。與模擬示波器不同的是，數(shù)字存儲示波器能夠持久地保留信號，可以擴展波形處理方式。然而，DSO沒有實時的亮度級;因此，他們不能表示實際信號中不同的亮度等級。組成DSO的一些子系統(tǒng)與模擬示波器的一些部分相似。但是，DSO包含更多的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，因此它能夠收集顯示整個波形的數(shù)據(jù)。從捕獲信號到在屏幕上顯示波形，DSO采用串行的處理體系結(jié)構(gòu)，如圖16所示。隨后將對串行處理體系作講解。

串行處理體系結(jié)構(gòu)

與模擬示波器一樣，DSO 第一部分(輸入)是垂直放大器。在這一階段，垂直控制系統(tǒng)方便您調(diào)整幅度和位置范圍。緊接著，在水平系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(

ADC)部分，信號實時在離散點采樣，采樣位置的信號電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，這些數(shù)字值稱為采樣點。該處理過程稱為信號數(shù)字化。水平系統(tǒng)的采樣時鐘決定ADC采樣的頻度。該速率稱為采樣速率，表示為樣值每秒(S/s)。

來自ADC的采樣點存儲在捕獲存儲區(qū)內(nèi)，叫做波形點。幾個采樣點可以組成一個波形點。波形點共同組成一條波形記錄。創(chuàng)建一條波形記錄的波形點的數(shù)量稱為記錄長度。觸發(fā)系統(tǒng)決定記錄的起始和終止點。DSO信號通道中包括微處理器，被測信號在顯示之前要通過微處理器處理。微處理器處理信號，調(diào)整顯示運行，管理前面板調(diào)節(jié)裝置，等等。信號通過顯存，最后顯示到示波器屏幕中。

在示波器的能力范圍之內(nèi)，采樣點會經(jīng)過補充處理，顯示效果得到增強?？梢栽黾宇A(yù)觸發(fā)，使在觸發(fā)點之前也能觀察到結(jié)果。目前大多數(shù)數(shù)字示波器也提供自動參數(shù)測量，使測量過程得到簡化。

DSO 提供高性能處理單脈沖信號和多通道的能力。DSO是低重復(fù)率或者單脈沖、高速、多通道設(shè)計應(yīng)用的完美工具。在數(shù)字設(shè)計實踐中，工程師常常同時檢查四路甚至更多的信號，而DSO則成為標(biāo)準(zhǔn)的合作伙伴。

數(shù)字熒光示波器

數(shù)字熒光示波器(DPO)為示波器系列增加了一種新的類型。DPO的體系結(jié)構(gòu)使之能提供獨特的捕獲和顯示能力，加速重構(gòu)信號。DSO 使用串行處理的體協(xié)結(jié)構(gòu)來捕獲、顯示和分析信號;相對而言，DPO為完成這些功能采納的是并行的體系結(jié)構(gòu)，。DPO采用

ASIC硬件構(gòu)架捕獲波形圖象，提供高速率的波形采集率，信號的可視化程度很高。它增加了證明數(shù)字系統(tǒng)中的瞬態(tài)事件的可能性。隨后將對該并行處理體系結(jié)構(gòu)進行闡述。

串行處理體系結(jié)構(gòu)

DPO的第一階段(輸入)與模擬示波器相似(垂直放大器)，第二階段與DSO 相似(ADC)。但是，在模數(shù)轉(zhuǎn)換后，DPO與原來的示波器相比就有顯著的不同之處。

對所有的示波器而言，包括模擬、DSO和DPO示波器，都存在著釋抑時間。在這段時間內(nèi)，儀器處理最近捕獲的數(shù)據(jù)，重置系統(tǒng)，等待下一觸發(fā)事件的發(fā)生。在這段時間內(nèi)，示波器對所有信號都是視而不見的。隨著釋抑時間的增加，對查看到

低頻

度和低重復(fù)事件的可能性就會降低。

請注意，由顯示的更新速率簡單地推斷采集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠顯示更新速率，就確認(rèn)示波器能采集到波形的所有相關(guān)信息，那么是很容易犯錯誤的，因為，實際上示波器并沒有作到。數(shù)字存儲示波器串行處理采集到的波形。由于微處理器限制著波形的采集速率，所以微處理器是串行處理的瓶頸。

DPO把數(shù)字化的波形數(shù)據(jù)進一步光柵化，存入熒光數(shù)據(jù)庫中。每1/30秒，這大約是人類眼睛能夠覺察到的最快速度，存儲到數(shù)據(jù)庫中的信號圖象直接送到顯示系統(tǒng)。波形數(shù)據(jù)直接光柵化，以及直接把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)拷貝到顯存中，兩者共同作用，改變了其他體系在數(shù)據(jù)處理方面的瓶頸。結(jié)果是增加了“使用時間”，增強顯示更新能力。信號細(xì)節(jié)、間斷事件和信號的動態(tài)特性都能實時采集。DPO微處理器與集成的捕獲系統(tǒng)一道并行工作，完成顯示管理、自動測量和設(shè)備調(diào)節(jié)控制工作，同時，又不影響示波器的捕獲速度。

DPO如實地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，并在三維顯示信號：時間、幅度和以時間為參變量的幅度變化，三者都是實時的。模擬示波器依靠化學(xué)熒光物質(zhì)，與此不同，DPO使用完全的電子數(shù)字熒光，其實質(zhì)是不斷更新的數(shù)據(jù)庫。針對示波器顯示屏幕的每一個點，數(shù)據(jù)庫中都有獨立的“單元(cell)”。一旦采集到波形(即示波器一觸發(fā))，波形就映射到數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫的單元組內(nèi)。每一個單元代表著屏幕中的某位置。當(dāng)波形涉及到該單元，單元內(nèi)部就加入亮度信息;沒有涉及到則不加入。因此，如果波形經(jīng)常掃過的地方，亮度信息在單元內(nèi)會逐步累積。