示波器高刷新率是如何煉成的

　　之前有一篇文章提到《為何示波器廠(chǎng)商從不提及刷新率》，講述了市面上各示波器廠(chǎng)商在刷新率參數(shù)上的市場(chǎng)現(xiàn)狀。而很多示波器用戶(hù)無(wú)不關(guān)心示波器的刷新率指標(biāo)，近期我司FAE在與客戶(hù)交流時(shí)，很多客戶(hù)對(duì)ZDS2022示波器具有33萬(wàn)次幀/秒的高刷新率很感興趣，這樣高的刷新率到底是怎樣做出來(lái)的呢?

　　什么是波形刷新率?

　　波形刷新率又叫波形捕獲率，指的是每秒鐘波形刷新的次數(shù)，表示為波形數(shù)每秒(wfms/s)。事實(shí)上，示波器從采集信號(hào)到屏幕上顯示出信號(hào)波形的過(guò)程，是由若干個(gè)捕獲周期組成的。一個(gè)捕獲周期包括采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間，模擬信號(hào)通過(guò)ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)同時(shí)存儲(chǔ)，整個(gè)采樣存儲(chǔ)過(guò)程的時(shí)間稱(chēng)為采樣時(shí)間。示波器必須對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量運(yùn)算顯示等處理，才能開(kāi)始下一次的采樣，這段時(shí)間稱(chēng)為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間內(nèi)，示波器并沒(méi)有進(jìn)行波形采集。一個(gè)捕獲周期完成就會(huì)進(jìn)入下一個(gè)捕獲周期。捕獲周期的倒數(shù)就是波形刷新率，如圖1.1中所示，波形刷新率=1/(Tacq+Tdeat)。

　　圖1.1 示波器采樣過(guò)程示意圖

　　影響波形刷新率的因素有哪些?

　　采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間

　　如圖1.1中所示，波形刷新率為T(mén)acq(采樣時(shí)間)和Tdeat(死區(qū)時(shí)間)的倒數(shù)，其中采樣時(shí)間由示波器屏幕的采樣窗格決定，用水平時(shí)基檔位乘以水平方向格數(shù)，當(dāng)水平時(shí)基確定后，采樣時(shí)間就會(huì)固定。

　　而死區(qū)時(shí)間是由示波器的處理能力決定的，當(dāng)示波器對(duì)數(shù)據(jù)處理能力不足時(shí)，就會(huì)對(duì)采集的大數(shù)據(jù)不能及時(shí)進(jìn)行處理，死區(qū)時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)，刷新率就會(huì)降低;當(dāng)示波器對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力很強(qiáng)時(shí)，死區(qū)時(shí)間就會(huì)變短，相應(yīng)刷新率就會(huì)很高。因此死區(qū)時(shí)間是影響刷新率的重要因素。

　　觸發(fā)釋抑時(shí)間

　　增大觸發(fā)釋抑時(shí)間相當(dāng)于變相地增加了死區(qū)時(shí)間，因?yàn)樵卺屢制陂g，觸發(fā)電路封閉，觸發(fā)功能暫停，即使有滿(mǎn)足觸發(fā)條件的信號(hào)波形示波器也不會(huì)觸發(fā)，所以也會(huì)影響刷新率。但觸發(fā)釋抑時(shí)間并非指死區(qū)時(shí)間。

　　當(dāng)對(duì)大周期重復(fù)波形進(jìn)行觸發(fā)時(shí)，由于波形中存在很多滿(mǎn)足觸發(fā)條件的波形點(diǎn)，導(dǎo)致觸發(fā)波形不穩(wěn)定，為了得到穩(wěn)定觸發(fā)的波形，我們可以設(shè)置觸發(fā)釋抑時(shí)間，使波形每次都在同一個(gè)點(diǎn)觸發(fā)，穩(wěn)定顯示觸發(fā)波形。如圖1.2中，可將釋抑時(shí)間設(shè)置為>200ns但<600ns的值。

　　圖1.2 觸發(fā)釋抑時(shí)間

　　該如何計(jì)算死區(qū)時(shí)間?

　　對(duì)刷新率有重要影響的死區(qū)時(shí)間是如何計(jì)算出來(lái)的呢?

　　當(dāng)捕捉一個(gè)脈寬在40ns~60ns的異常脈沖時(shí)，合適的水平時(shí)基檔位可設(shè)在50ns/格，此時(shí)ZDS2022示波器具有33萬(wàn)次幀/秒的波形刷新率，意味著每次觸發(fā)采樣占用的總捕獲時(shí)間T=1s/330KHz=3.03us，則有效的采樣時(shí)間為50ns/divX14(ZDS2022示波器水平方向有14個(gè)格)=700ns。那么死區(qū)時(shí)間百分比為(3030-700)/3030=76.89%。

　　捕獲相同的異常脈沖，在相同時(shí)基檔位下，若T示波器具有50K幀/秒的刷新率，則就意味著每次觸發(fā)采樣占用的總時(shí)間為，T=1S/50KHz=20us，有效的采樣時(shí)間為50ns/divX10(該示波器水平方向有10個(gè)格)=500ns，則死區(qū)時(shí)間百分比為(20000-500)/20000=97.5%。

　　死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)，捕獲到偶發(fā)信號(hào)的概率就會(huì)越低，當(dāng)小概率異常波形出現(xiàn)在死區(qū)時(shí)間時(shí)，示波器就不會(huì)捕獲到該異常，對(duì)信號(hào)的調(diào)試會(huì)產(chǎn)生很大影響。

　　ZDS2022示波器如何能做到高刷新率

　　那么為什么ZDS2022示波器能夠做到高達(dá)33萬(wàn)次幀/秒的刷新率呢?死區(qū)時(shí)間低至76.89%，比一般示波器97.5%的死區(qū)時(shí)間竟然低了21.13%!

　　圖1.3 波形合成器框圖

　　ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA進(jìn)行波形合成，都是全硬件加速處理;

　　ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA集成波形顯存，總線(xiàn)帶寬高，使數(shù)據(jù)處理時(shí)間大大減少，且采用了多線(xiàn)程并行處理的方式;

　　ZDS2022示波器的波形合成全都采用優(yōu)化算法進(jìn)行處理。

　　總結(jié)

　　示波器的刷新率直接決定了捕獲異常毛刺的能力，只有真正掌握了刷新率的本質(zhì)，才能正確認(rèn)識(shí)示波器的刷新率指標(biāo)，ZDS2022示波器具有33萬(wàn)次幀/秒的刷新率，能快速捕獲波形異常，高效實(shí)用!說(shuō)再多，也不如您親自測(cè)一測(cè)!