示波器性能術(shù)語(yǔ)及應用

示波器帶寬指的是正弦輸入信號衰減到其實(shí)際幅度的70.7% 時(shí)的頻率值，即－ 3dB 點(diǎn)，基于對數標度（見(jiàn)圖46）。

如果沒(méi)有足夠的帶寬，示波器將無(wú)法分辨高頻變化。幅度將出現失真，邊緣將會(huì )消失，細節數據將被丟失。如果沒(méi)有足夠的帶寬，得到的關(guān)于信號的所有特性，響鈴和振鳴等都毫無(wú)意義。

測定示波器帶寬的方法：在具體操作中準確表征信號幅度，并運用5倍準則。使用五倍準則選定的示波器的測量誤差將不會(huì )超過(guò)＋/－2%，對今天的操作來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。然而， 隨著(zhù)信號速率的增加，這個(gè)經(jīng)驗準則將不再適用。記住，帶寬越高，再現的信號就越準確（見(jiàn)圖47）。

上升時(shí)間

在數字世界中，時(shí)間的測定至關(guān)重要。在測定數字信號時(shí)，如脈沖和階躍波，可能更需要對上升時(shí)間作性能上的考慮。示波器必須要有足夠長(cháng)的上升時(shí)間，才能準確地捕獲快速變換的信號細節。

上升時(shí)間描述示波器的有效頻率范圍。一般用下面的公式來(lái)計算特定信號類(lèi)型示波器的上升時(shí)間：

請注意，選擇示波器上升時(shí)間的依據類(lèi)似于帶寬的選擇依據。對于帶寬，考慮到信號速率的極端情況，這個(gè)經(jīng)驗準則也并不總是適用。記住，示波器的上升時(shí)間越快，對信號的快速變換的捕獲也就越準確。在一些應用中，可能只有信號的上升時(shí)間是已知的。帶寬和上升時(shí)間通過(guò)一個(gè)常數相關(guān)聯(lián)：

其中，k 是介于0.35 和0.45 之間的常數，它的值取決于示波器的頻率響應特性曲線(xiàn)和脈沖上升時(shí)間響應。對帶寬小于1 GHz的示波器，其常數k 的典型值為0.35，而對帶寬大于1GHz 的示波器，其常數k 的值通常介于0.40 和0.45 之間。

如圖49 所示，一些邏輯系列本質(zhì)上具有更快的上升時(shí)間。

采樣速率

采樣速率：表示為樣點(diǎn)數每秒（S/s），指數字示波器對信號采樣的頻率，類(lèi)似于電影攝影機中的幀的概念。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丟失的概率就越小，如圖50 所示。如果需要觀(guān)測較長(cháng)時(shí)間范圍內的慢變信號，則最小采樣速率就變得較為重要。典型地，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數，需要調整水平控制按鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著(zhù)水平調節按鈕的調節而變化。

如何計算采樣速率？計算方法取決于所測量的波形的類(lèi)型，以及示波器所采用的信號重構方式。為了準確地再現信號并避免混淆，奈奎斯特定理規定，信號的采樣速率必須不小于其最高頻率成分的兩倍。然而，這個(gè)定理的前提是基于無(wú)限長(cháng)時(shí)間和連續的信號。由于沒(méi)有示波器可以提供無(wú)限時(shí)間的記錄長(cháng)度，而且，從定義上看，低頻干擾是不連續的，所以，采用兩倍于最高頻率
成分的采樣速率通常是不夠的。

實(shí)際上，信號的準確再現取決于其采樣速率和信號采樣點(diǎn)間隙所采用的插值法。一些示波器會(huì )為操作者提供以下選擇：測量正弦信號的正弦插值法，以及測量矩形波、脈沖和其他信號類(lèi)型的線(xiàn)性插值法。

在使用正弦插值法時(shí)，為了準確再現信號，示波器的采樣速率至少需為信號最高頻率成分的2.5 倍。使用線(xiàn)性插值法時(shí)，示波器的采樣速率應至少是信號最高頻率成分的10 倍。

一些采樣速率高達20GS/s,帶寬高達4GHA的測量系統用5倍于帶寬的速率來(lái)捕獲高速，單脈沖和瞬態(tài)事件。

波形捕獲速率

所有的示波器都會(huì )閃爍。也就是說(shuō)，示波器每秒鐘以特定的次數捕獲信號，在這些測量點(diǎn)之間將不再進(jìn)行測量。這就是波形捕獲速率，表示為波形數每秒（wfms/s）。采樣速率表示的是示波器在一個(gè)波形或周期內，采樣輸入信號的頻率，波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。波形捕獲速率取決于示波器的類(lèi)型和性能級別，且有著(zhù)很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會(huì )提供更多的重要信號特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時(shí)的異常情況，如抖動(dòng)、矮脈沖、低頻干擾和瞬時(shí)誤差的概率（參見(jiàn)圖51 和52）。

數字存儲示波器（ DSO）使用串行處理機制，每秒鐘可以捕獲10到5000個(gè)波形。一些DSO提供一種特殊的模式，它能迅速把各種捕獲信息存儲到海量存儲器中，暫時(shí)提供較高的波形捕獲速率，而隨后是較長(cháng)的一段處理時(shí)間，這段處理時(shí)間內不重新活動(dòng)，減少了捕獲稀少和間歇事件的可能性。

大多數數字熒光示波器（ DPO）采用并行處理機制來(lái)提供更高的波形捕獲速率。一些DPO可以在一秒鐘之內獲得數百萬(wàn)個(gè)波形，大大提高了捕獲間歇的和難以捕捉事件的可能性，并能讓用戶(hù)更快地發(fā)現信號中存在的問(wèn)題。而且，DPO的實(shí)時(shí)捕獲和顯示三維信號特性（如幅度、時(shí)間以及幅度的時(shí)間分布特性）的能力使其能夠得到更高等級的信號特性。

記錄長(cháng)度

記錄長(cháng)度表示為構成一個(gè)完整波形記錄的點(diǎn)數，決定了每個(gè)通道中所能捕獲的數據量。由于示波器僅能存儲有限數目的波形采樣，波形的持續時(shí)間和示波器的采樣速率成反比。

現代的示波器允許用戶(hù)選擇記錄長(cháng)度，以便對一些操作中的細節進(jìn)行優(yōu)化。分析一個(gè)十分穩定的正弦信號，只需要500 點(diǎn)的記錄長(cháng)度；但如果要解析一個(gè)復雜的數字數據流，則需要有一百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)或更多點(diǎn)的記錄長(cháng)度。

觸發(fā)能力

示波器的觸發(fā)功能在正確的信號位置點(diǎn)同步水平掃描，決定著(zhù)信號特性是否清晰。觸發(fā)控制按鈕可以穩定重復的波形并捕獲單脈沖波形。關(guān)于觸發(fā)性能的更多的信息請參考性能術(shù)語(yǔ)和應用的觸發(fā)器部分。

有效比特

有效比特是示波器準確再現正弦信號波形的能力的度量。這個(gè)度量將示波器的實(shí)際錯誤同理論上理想的數字化儀進(jìn)行比較。由于實(shí)際的誤差數包括噪聲和失真，所以，必須指定信號的頻率和幅度。

頻率響應

僅僅采用帶寬是不足以保證示波器準確捕獲高頻信號的。示波器設計的目標是一個(gè)特定類(lèi)型的頻率響應：最大平坦包絡(luò )時(shí)延（MFED）。此類(lèi)型的頻率響應用最小的過(guò)沖和阻尼振蕩，提供極好的脈沖逼真度。由于數字示波器是由實(shí)際的放大器、衰減器、模數轉換器（ADC）、連接器和繼電器組成，MFED響應只是對目標值的一個(gè)逼近。不同模型和不同制造商的產(chǎn)品的脈沖逼真度有著(zhù)很大的不同（圖46 說(shuō)明了這一概念）。

垂直靈敏度

垂直靈敏度指示垂直放大器對弱信號的放大程度，通常用每刻度多少毫伏（mv）來(lái)表示。多用途示波器能檢測出的最小伏特數的典型值約為1mv 每垂直顯示屏刻度。

掃描速度

掃描速度表征軌跡掃過(guò)示波器顯示屏的速度有多快，使您能夠發(fā)現更細微的細節。示波器的掃描速度用時(shí)間 (秒) / 格表示。

增益精度

增益精度是表征垂直系統對信號的衰減或放大的準確程度，通常用多少百分比誤差來(lái)表示。

水平準確度(時(shí)間基準)

水平或者時(shí)基準確度是指在水平系統中，顯示信號的定時(shí)的準確程度，通常用多少百分比誤差表示。

垂直分辨率(模數轉換器)

模數轉換器的垂直分辨率，也就是數字示波器的垂直分辨率，是指示波器將輸入電壓轉換為數字值的精確程度。垂直分辨率用比特數來(lái)度量。計算方法能提高有效的分辨率，例如高分辨率捕獲模式。請參考示波器系統和控制部分的水平系統和控制一節。