數字示波器簡(jiǎn)介及分類(lèi)

示波器也能分為模擬和數字類(lèi)型。模擬和數字示波器都能夠勝任大多數的應用。

數字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數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，會(huì )產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

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

數字的手段則意味著(zhù)，在示波器的顯示范圍內，可以穩定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對重復的信號而言，數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(chēng)之為3dB 點(diǎn)。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。為了解更多的細節，請參照性能術(shù)語(yǔ)和應用部分的采樣率一節。

數字存儲示波器

常規的數字示波器是數字存儲示波器(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(chēng)為瞬態(tài)現象。以數字形式表示波形信息，實(shí)際存儲的是二進(jìn)制序列。這樣，利用示波器本身或外部計算機，方便進(jìn)行分析、存檔、打印和其他的處理。波形沒(méi)有必要是連續的;即使信號已經(jīng)消失，仍能夠顯示出來(lái)。與模擬示波器不同的是，數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(méi)有實(shí)時(shí)的亮度級;因此，他們不能表示實(shí)際信號中不同的亮度等級。組成DSO的一些子系統與模擬示波器的一些部分相似。但是，DSO包含更多的數據處理子系統，因此它能夠收集顯示整個(gè)波形的數據。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構，如圖16所示。隨后將對串行處理體系作講解。

串行處理體系結構

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，垂直控制系統方便您調整幅度和位置范圍。緊接著(zhù)，在水平系統的模數轉換器(

ADC)部分，信號實(shí)時(shí)在離散點(diǎn)采樣，采樣位置的信號電壓轉換為數字值，這些數字值稱(chēng)為采樣點(diǎn)。該處理過(guò)程稱(chēng)為信號數字化。水平系統的采樣時(shí)鐘決定ADC采樣的頻度。該速率稱(chēng)為采樣速率，表示為樣值每秒(S/s)。

來(lái)自ADC的采樣點(diǎn)存儲在捕獲存儲區內，叫做波形點(diǎn)。幾個(gè)采樣點(diǎn)可以組成一個(gè)波形點(diǎn)。波形點(diǎn)共同組成一條波形記錄。創(chuàng )建一條波形記錄的波形點(diǎn)的數量稱(chēng)為記錄長(cháng)度。觸發(fā)系統決定記錄的起始和終止點(diǎn)。DSO信號通道中包括微處理器，被測信號在顯示之前要通過(guò)微處理器處理。微處理器處理信號，調整顯示運行，管理前面板調節裝置，等等。信號通過(guò)顯存，最后顯示到示波器屏幕中。

在示波器的能力范圍之內，采樣點(diǎn)會(huì )經(jīng)過(guò)補充處理，顯示效果得到增強?？梢栽黾宇A觸發(fā)，使在觸發(fā)點(diǎn)之前也能觀(guān)察到結果。目前大多數數字示波器也提供自動(dòng)參數測量，使測量過(guò)程得到簡(jiǎn)化。

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

數字熒光示波器

數字熒光示波器(DPO)為示波器系列增加了一種新的類(lèi)型。DPO的體系結構使之能提供獨特的捕獲和顯示能力，加速重構信號。DSO 使用串行處理的體協(xié)結構來(lái)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構，。DPO采用

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

串行處理體系結構

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，在模數轉換后，DPO與原來(lái)的示波器相比就有顯著(zhù)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(zhù)釋抑時(shí)間。在這段時(shí)間內，儀器處理最近捕獲的數據，重置系統，等待下一觸發(fā)事件的發(fā)生。在這段時(shí)間內，示波器對所有信號都是視而不見(jiàn)的。隨著(zhù)釋抑時(shí)間的增加，對查看到

低頻

度和低重復事件的可能性就會(huì )降低。

請注意，由顯示的更新速率簡(jiǎn)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(shí)際上示波器并沒(méi)有作到。數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(zhù)波形的采集速率，所以微處理器是串行處理的瓶頸。

DPO把數字化的波形數據進(jìn)一步光柵化，存入熒光數據庫中。每1/30秒，這大約是人類(lèi)眼睛能夠覺(jué)察到的最快速度，存儲到數據庫中的信號圖象直接送到顯示系統。波形數據直接光柵化，以及直接把數據庫數據拷貝到顯存中，兩者共同作用，改變了其他體系在數據處理方面的瓶頸。結果是增加了“使用時(shí)間”，增強顯示更新能力。信號細節、間斷事件和信號的動(dòng)態(tài)特性都能實(shí)時(shí)采集。DPO微處理器與集成的捕獲系統一道并行工作，完成顯示管理、自動(dòng)測量和設備調節控制工作，同時(shí)，又不影響示波器的捕獲速度。

DPO如實(shí)地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，并在三維顯示信號：時(shí)間、幅度和以時(shí)間為參變量的幅度變化，三者都是實(shí)時(shí)的。模擬示波器依靠化學(xué)熒光物質(zhì)，與此不同，DPO使用完全的電子數字熒光，其實(shí)質(zhì)是不斷更新的數據庫。針對示波器顯示屏幕的每一個(gè)點(diǎn)，數據庫中都有獨立的“單元(cell)”。一旦采集到波形(即示波器一觸發(fā))，波形就映射到數字熒光數據庫的單元組內。每一個(gè)單元代表著(zhù)屏幕中的某位置。當波形涉及到該單元，單元內部就加入亮度信息;沒(méi)有涉及到則不加入。因此，如果波形經(jīng)常掃過(guò)的地方，亮度信息在單元內會(huì )逐步累積。