基于SDS2000淺談數字示波器的死區時(shí)間

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數字示波器也越來(lái)越先進(jìn)，而波形刷新率逐漸成為了數字示波器中僅次于帶寬、采樣率、存儲深度之后的第四大技術(shù)指標。說(shuō)到波形刷新率的意義就和死區時(shí)間息息相關(guān)了。

　　何為死區時(shí)間?死區時(shí)間是數字示波器與生俱來(lái)的一個(gè)缺陷，目前階段是無(wú)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，數字示波器是一個(gè)典型的“前端數據采集+后端數字信號處理”系統。這樣的系統都有這樣一個(gè)特點(diǎn):前端數據采集系統ADC的輸出數據吞吐量比后端數字信號處理系統的處理能力大很多，這就意味著(zhù)后端無(wú)法“實(shí)時(shí)”處理前端輸出的數據，從而形成“死區”時(shí)間。 例如:SIGLENT(鼎陽(yáng)科技)最新的數字示波器SDS2000系列的ADC采樣率為2GSa/S，即每秒輸出2G個(gè)數據，但后續數字信號處理器每秒處理、顯示波形的能力只能達到幾百兆點(diǎn)每秒，也就是說(shuō)處理器1秒只能夠處理采集到的幾百兆個(gè)點(diǎn)，剩下的數據都被丟棄，被丟棄的這些數據就是死區時(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(cháng)度由有效捕獲時(shí)間和死區時(shí)間組成。在有效捕獲時(shí)間內，數字示波器按照用戶(hù)設定的采樣率進(jìn)行捕獲，并將其寫(xiě)入RAM中。死區時(shí)間可分為固定死區時(shí)間和變動(dòng)死區時(shí)間兩部分。固定死區時(shí)間具體取決于當前數字示波器自身的情況，如FPGA/DSP等芯片的計算速率以及算法構架等。變動(dòng)死區時(shí)間則取決于處理ADC采集到的數據所需的時(shí)間，它與設定的存儲深度(記錄長(cháng)度)、時(shí)基、采樣率以及所選后處理功能(例如，插值、數學(xué)函數、測量和分析)多少都有直接關(guān)系，所以這部分的死區時(shí)間是變動(dòng)的。

　　在數字示波器的眾多參數中對死區時(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字示波器單位時(shí)間能夠顯示波形的數量。下面給出一個(gè)計算死區時(shí)間的公式：

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

　　如此便可得到一臺數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)大致的計算，以SIGLENT(鼎陽(yáng)科技)最新的SDS2000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到110,000wfm/s，屏幕水平格數為14格。假如當我們設定時(shí)基為50us時(shí)刷新率達到最大，由此計算死區時(shí)間為77%，也就是說(shuō)有效時(shí)間為23%。

　　而傳統的數字示波器的波形刷新率大多為2000左右，我們同樣以SIGLENT的SDS1000L系列為例，波形刷新率2000，時(shí)基50us,水平格數為18格，得出死區時(shí)間：98.2%，有效時(shí)間為1.8%。由此可看出SDS2000系列的高刷新率數字示波器在捕獲信號方面的能力比SDS1000L系列強出很多。

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

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(lái)說(shuō)數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(shuō)數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。