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          基于SDS2000淺談數(shù)字示波器的死區(qū)時(shí)間

          作者: 時(shí)間:2014-02-21 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字也越來越先進(jìn),而波形刷新率逐漸成為了數(shù)字中僅次于帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度之后的第四大技術(shù)指標(biāo)。說到波形刷新率的意義就和死區(qū)時(shí)間息息相關(guān)了。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/233678.htm

            何為死區(qū)時(shí)間?死區(qū)時(shí)間是數(shù)字與生俱來的一個(gè)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(gè)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(gè)特點(diǎn):前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shí)時(shí)”處理前端輸出的數(shù)據(jù),從而形成“死區(qū)”時(shí)間。 例如:(科技)最新的數(shù)字示波器系列的采樣率為2GSa/S,即每秒輸出2G個(gè)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(dá)到幾百兆點(diǎn)每秒,也就是說處理器1秒只能夠處理采集到的幾百兆個(gè)點(diǎn),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(shí)間。

            如圖一所示,


          圖一

            圖上為一個(gè)波形捕獲周期的示意圖。捕獲周期長度由有效捕獲時(shí)間和死區(qū)時(shí)間組成。在有效捕獲時(shí)間內(nèi),數(shù)字示波器按照用戶設(shè)定的采樣率進(jìn)行捕獲,并將其寫入RAM中。死區(qū)時(shí)間可分為固定死區(qū)時(shí)間和變動(dòng)死區(qū)時(shí)間兩部分。固定死區(qū)時(shí)間具體取決于當(dāng)前數(shù)字示波器自身的情況,如FPGA/DSP等芯片的計(jì)算速率以及算法構(gòu)架等。變動(dòng)死區(qū)時(shí)間則取決于處理采集到的數(shù)據(jù)所需的時(shí)間,它與設(shè)定的存儲(chǔ)深度(記錄長度)、時(shí)基、采樣率以及所選后處理功能(例如,插值、數(shù)學(xué)函數(shù)、測量和分析)多少都有直接關(guān)系,所以這部分的死區(qū)時(shí)間是變動(dòng)的。

            在數(shù)字示波器的眾多參數(shù)中對死區(qū)時(shí)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(shí)間能夠顯示波形的數(shù)量。下面給出一個(gè)計(jì)算死區(qū)時(shí)間的公式:

            死區(qū)時(shí)間%=[100×(1-波形刷新率×時(shí)基×水平格數(shù))]%

            如此便可得到一臺(tái)數(shù)字示波器真正能夠捕獲到信號的有效時(shí)間為:

            有效時(shí)間%=100%-死區(qū)時(shí)間%

            有了這個(gè)公式,我們就能夠進(jìn)行一個(gè)大致的計(jì)算,以(科技)最新的系列超級熒光示波器為例,該產(chǎn)品目前波形刷新率能夠達(dá)到110,000wfm/s,屏幕水平格數(shù)為14格。假如當(dāng)我們設(shè)定時(shí)基為50us時(shí)刷新率達(dá)到最大,由此計(jì)算死區(qū)時(shí)間為77%,也就是說有效時(shí)間為23%。

            而傳統(tǒng)的數(shù)字示波器的波形刷新率大多為2000左右,我們同樣以的SDS1000L系列為例,波形刷新率2000,時(shí)基50us,水平格數(shù)為18格,得出死區(qū)時(shí)間:98.2%,有效時(shí)間為1.8%。由此可看出系列的高刷新率數(shù)字示波器在捕獲信號方面的能力比SDS1000L系列強(qiáng)出很多。

            但是由于變動(dòng)死區(qū)時(shí)間的存在,不同時(shí)基下刷新率不一樣,存儲(chǔ)深度也不一樣,所以具體的死區(qū)時(shí)間還需進(jìn)一步詳細(xì)分析計(jì)算。


          圖二

            圖二是一張用SIGLENT研發(fā)的SDS2000系列在異常信號捕獲上的實(shí)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。



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