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數字存儲示波器基礎一
作者：
時(shí)間：2017-01-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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你可能還記得，第一章中我們談到，普通模擬示波器CRT上的P31熒光物質(zhì)的余輝時(shí)間小于1ms。在有些情況下，使用P7熒光物質(zhì)的CRT能給出大約300ms的余輝時(shí)間。只要有信號照射熒光CRT就將不斷顯示信號波形。而當信號去掉以后使用P31材料的CET上掃跡迅速變暗，而使用P7材料的CRT上掃跡停留時(shí)間稍長(cháng)一些。
那么，如果信號在一秒鐘內只有幾次，或者信號的周期為數秒至珍長(cháng)，甚至于信號只發(fā)生一次，那又將會(huì )怎么樣呢？在這種情況下，使用我們上面介紹過(guò)的模擬示波器則幾乎乃至于完全不能觀(guān)察這些信號。
因此我們需要找到在熒光物質(zhì)上保持信事情軌跡的方法。為達到這一目的而采用的一種老式方法是使用一種稱(chēng)為存儲示波管的特殊CRT。這種示波管的熒光物質(zhì)后面裝有柵網(wǎng)，通過(guò)在柵網(wǎng)上充載電荷的方法存貯電子束的路徑。這種示波管價(jià)格很昂貴又比較脆弱，并且只能耐有限的時(shí)間內保持軌跡。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201701/337066.htm 數字存儲的方法克服了所有這些缺點(diǎn)，并且還帶來(lái)了很多附加的特色，下面列出部分特點(diǎn)：
·可以顯示大量的預觸發(fā)信息。
·可通通過(guò)使用光標和不使用光標的方法進(jìn)行全自動(dòng)的測量。
·可以長(cháng)期貯存波形。
·可以在打印機或繪圖儀上制作硬考貝以供編制文件之用。
·可以反新采集的波形和操作人員手工或示波器全自動(dòng)采集的參考波形進(jìn)行比較。
·可以按通過(guò)/不通過(guò)的原則進(jìn)行判斷。
·波形信息可用數學(xué)進(jìn)行處理。
何謂數字存儲 從字意上不難看出，所謂數字存儲就是在示波器中以數字編碼的形式來(lái)貯存信號。
當信號進(jìn)入數字存儲示波器，或稱(chēng)DSO以后，在信號到達CRT的偏轉電路之前（圖18），示波器將按一定的時(shí)間間隔對信號電壓進(jìn)行采樣。然后用一個(gè)模/數變換器（ADC）對這些瞬時(shí)值或采樣值進(jìn)行變換從而生成代表每一個(gè)采樣電壓的二進(jìn)制字。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為數字化。
圖18 數字存儲示波器的方框圖獲得的二進(jìn)制數值貯存在存儲器中。對輸入信號進(jìn)行采樣的速度稱(chēng)為彩樣速率。采樣速率由采樣時(shí)鐘控制。對于一般使用情況來(lái)說(shuō)，采樣速率的范圍從每秒20兆次（20MS/s）到200MS/s。
存儲器中貯存的數據用來(lái)在示波器的屏幕上重建信號波形。
所以，在DSO中的輸入信號接頭和示波器CRT之間的電路不只是僅有模擬電路。輸入信號的波形在CRT上獲得顯示之前先要存貯到存儲器中去我們在示波器屏幕上看到的波形總是由所采集到數據重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的立即的、連接的波形顯示。
采樣和數字化 數字存儲分兩步來(lái)實(shí)現。第一步，獲取輸入電壓的采樣值。這是通過(guò)采樣及保持電路來(lái)完成的，見(jiàn)圖19。
圖19 基本的采樣保持電路當開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，輸入放大器A1，通過(guò)開(kāi)關(guān)S對保持電容進(jìn)行充放電，而當開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)保持電容上的電壓就不再變化，緩沖放大器A2將此采樣值送往模/數變換器（ADC），ADC則測量此采樣電壓值，并用數字的“字”的形式表示出來(lái)。
模/數字變換器圍繞一組比較器而構成，見(jiàn)圖20，每一個(gè)比較器都檢查輸入睬樣電壓是高于或低于其參考電壓。如果高于其參考電壓則該比較器的輸出為有效；反之則輸出為無(wú)效。
圖20 模數變換器基本電路各個(gè)比較器的參考電壓彼此略有不同，這此參考電壓都是用一個(gè)電阻鏈從一個(gè)基準電壓源而得到的。對于某一采樣電壓值來(lái)說(shuō)，若干個(gè)比較器輸出為有效，而其余的比較器輸出為無(wú)效，接著(zhù)ADC中的編碼變換器就把該采樣電壓值變?yōu)橐粋€(gè)“數字”，并將其送往數字存儲器。
這種類(lèi)型的ADC稱(chēng)為閃其速式（flash)模/數字變換器。因為它能在“一閃”間把一個(gè)模擬輸入電壓變換為一個(gè)“數字”。除此之外，還可以使用其它類(lèi)型的模/數變換器，。其模/數變換是由幾步動(dòng)作來(lái)完成的，但是其缺點(diǎn)是完成一個(gè)采樣壓的變換所需時(shí)間較長(cháng)。
模/數變換器和垂直分辨率 ADC通過(guò)把采樣電壓和許多參考電壓進(jìn)行比較來(lái)確定采樣電壓的幅度。構成ADC所用的比較器越多，其電阻鏈越長(cháng)，ADC可以識別的電壓層次也趙多。這個(gè)特性稱(chēng)為垂直分辨率，垂直分辨率越高，則示波器上的波形中可以看到的信號細節越?。ㄒ?jiàn)圖21）。
圖21 垂直分辨對顯示波形的影響垂直分辨率用比特來(lái)表示，垂直分辨率就是構成輸出的字的總比特數（即數字輸出字的長(cháng)度大?。?。
這樣ADC可以識別并進(jìn)行編碼的電壓層次數可以用下式來(lái)計算：
層次數=2比特數 多數示波器使用比特的模/數變換器，所以能夠按28=256個(gè)不同的電壓層次來(lái)表示信號電平，這樣就能夠提供足夠的細節以便研究信號和進(jìn)行測量，在這種垂直分辨率下，可以顯示的最小分辯率號步進(jìn)值大約和CRT屏幕上光點(diǎn)的直徑大小相同，代表采樣電壓值的一個(gè)ADC輸出字包含8個(gè)比特，并稱(chēng)為一個(gè)字節。
在現實(shí)當中，增加垂直分辨率的限制因素之一是成本問(wèn)題，在制造ADC時(shí)，輸出字每多增加一個(gè)比特，就需要將所用的比較器數增加一倍并使用更大的編碼變換器，這樣一來(lái)就使得ADC電路在電路板上占據大一倍的芯片空間，并消耗多一倍的功率（這又將進(jìn)一步影響周?chē)娐罚┙Y果，增加垂直分辨率又帶了價(jià)格的提高。
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