淺談數(shù)字示波器的死區(qū)時間問題

死區(qū)時間是數(shù)字示波器與生俱來的一個缺陷，目前階段是無法消除的，只能夠盡力減小。不同于模擬示波器采用電子束直接打在熒光屏上的顯示模式，數(shù)字示波器是一個典型的“前端數(shù)據(jù)采集+后端數(shù)字信號處理”系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)都有這樣一個特點:前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ADC的輸出數(shù)據(jù)吞吐量比后端數(shù)字信號處理系統(tǒng)的處理能力大很多，這就意味著后端無法“實時”處理前端輸出的數(shù)據(jù)，從而形成“死區(qū)”時間。例如:SIGLENT（深圳市鼎陽科技有限公司）最新的數(shù)字示波器SDS2000系列的ADC采樣率為2GSa/S，即每秒輸出2G個數(shù)據(jù)，但后續(xù)數(shù)字信號處理器每秒處理、顯示波形的能力只能達到幾百兆點每秒，也就是說處理器1秒只能夠處理采集到的幾百兆個點，剩下的數(shù)據(jù)都被丟棄，被丟棄的這些數(shù)據(jù)就是死區(qū)時間。

如圖一所示，

圖一

圖中顯示了一個波形捕獲周期也就是信號一個周期的示意圖。捕獲周期長度由有效捕獲時間和死區(qū)時間組成。在有效捕獲時間內，數(shù)字示波器按照用戶設定的采樣率進行捕獲，并將其寫入RAM中。死區(qū)時間可分為固定死區(qū)時間和變動死區(qū)時間兩部分。固定死區(qū)時間具體取決于當前數(shù)字示波器自身的情況，如FPGA/DSP等芯片的計算速率以及算法構架等。變動死區(qū)時間則取決于處理ADC采集到的數(shù)據(jù)所需的時間，它與設定的存儲深度(記錄長度)、時基、采樣率以及所選后處理功能(例如，插值、數(shù)學函數(shù)、測量和分析)多少都有直接關系，所以這部分的死區(qū)時間是變動的。

在數(shù)字示波器的眾多參數(shù)中對死區(qū)時間的影響最大的就是波形刷新率。顧名思義，波形刷新率指的就是數(shù)字示波器單位時間能夠顯示波形的數(shù)量。下面給出一個計算死區(qū)時間的公式：

死區(qū)時間%=[100×(1－波形刷新率×時基×水平格數(shù))]%

如此便可得到一臺數(shù)字示波器真正能夠捕獲到信號的有效時間為：

有效時間%=100%－死區(qū)時間%

有了這個公式，我們就能夠進行一個大致的計算，以SIGLENT（深圳市鼎陽科技有限公司）最新的SDS2000系列超級熒光示波器為例，該產品目前波形刷新率能夠達到110,000wfm/s。他們屏幕水平格數(shù)為14格，假如當我們設定時基為50us時刷新率達到最大，由此計算死區(qū)時間為77%，也就是說有效時間為23%。

而傳統(tǒng)的數(shù)字示波器的波形刷新率最高也就能做到2000左右，我們同樣以SIGLENT的SDS1000L系列為例，波形刷新率2000，時基50us,水平格數(shù)為18格，得出死區(qū)時間：98.2%

有效時間僅僅為1.8%。由此可看出SDS2000系列的高刷新率數(shù)字示波器在捕獲信號方面的能力比SDS1000L系列強出很多。

但是由于變動死區(qū)時間的存在，不同時基下刷新率不一樣，存儲深度也不一樣，所以具體的死區(qū)時間還需進一步詳細分析計算。

圖二是一張用SIGLENT研發(fā)的SDS2000系列在異常信號捕獲上的實例圖，理論上來說數(shù)字示波器波形捕獲率越高，則捕獲到異常信號的速度越快、成功率越高，但是并不一定說數(shù)字示波器波形捕獲率高就一定能捕獲到異常信號，捕獲率低就一定捕獲不到異常信號。

朋友們，為什么捕獲率高卻不一定能捕獲到異常信號呢？

圖二