面對示波器的波形死區，工程師們怎么選擇

　　沒(méi)有什么是完美的，示波器也不例外。數字示波器一直有個(gè)廠(chǎng)家不愿提起的問(wèn)題，恐怕很多老工程師也沒(méi)太注意，那就是波形死區。我們通過(guò)數字示波器無(wú)法觀(guān)察到波形流中所有波形，觀(guān)察到的或許還不到1%。

　　數字示波器在工作時(shí)總會(huì )先采集數據，然后再對這些數據進(jìn)行處理和顯示，有一點(diǎn)必須了解，那就是示波器數據取樣速度遠快于數據處理速度，使得它不得不在數據處理期間停止取樣，這樣必然導致死區t2內的所有波形因沒(méi)有采集而丟失，示波器的基本原理如圖2所示。

　　圖2 示波器原理

　　與示波器死區時(shí)間對應的參數是示波器的波形刷新率，又叫波形捕獲率，示波器在特定時(shí)基本下的波形刷新率是可通過(guò)Trigger Out接口去測得，示波器的波形刷新率越高越好。

　　波形刷新率F = 1/(t1+t2) (wfms/s)

　　在特定時(shí)基檔位下，波形時(shí)間t1是確定的，那么波形刷新率越高，就意味著(zhù)波形死區時(shí)間越短，漏掉的波形越少。例如對于T公司的MSO4054而言，它在時(shí)基為50ns/p時(shí)基下，波形刷新率可達到最高50kwfms/s，那么每秒的波形時(shí)間等于50*10*50000 = 25ms，死區時(shí)間為975ms，故而波形死區高達97.5%，用戶(hù)觀(guān)察到的有效波形僅占全部波形的2.5%。

　　ZLG的ZDS2022示波器同樣在50ns/p時(shí)基下，波形刷新率卻能達到330，000wfms/s，使每秒波形時(shí)間長(cháng)達231ms，約T公司MSO4054的9.24倍。用兩臺示波器觀(guān)察同一個(gè)信號，時(shí)基均調到200ns/p時(shí)，ZLG的ZDS2022能更短時(shí)間內發(fā)現信號異常，但是MSO4054卻不能。

　　如今，仍然有許多工程師還繼續用模擬示波器，因為模擬示波器不會(huì )存在波形死區，卻也存在其他的不足，比如無(wú)法做數據統計分析，無(wú)法記錄等，這也是模擬示波器用戶(hù)越來(lái)越少的原因。為了減少波形死區對信號分析的影響，建議在購買(mǎi)示波器時(shí)務(wù)必選擇高波形刷新率的示波器。

　　而很多示波器用戶(hù)無(wú)不關(guān)心示波器的刷新率指標，近期我司FAE在與客戶(hù)交流時(shí)，很多客戶(hù)對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，表示為波形數每秒(wfms/s)。事實(shí)上，示波器從采集信號到屏幕上顯示出信號波形的過(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)間和死區時(shí)間，模擬信號通過(guò)ADC采樣量化變轉為數字信號同時(shí)存儲，整個(gè)采樣存儲過(guò)程的時(shí)間稱(chēng)為采樣時(shí)間。示波器必須對存儲的數據進(jìn)行測量運算顯示等處理，才能開(kāi)始下一次的采樣，這段時(shí)間稱(chēng)為死區時(shí)間。死區時(shí)間內，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。捕獲周期的倒數就是波形刷新率，如圖1.1中所示，波形刷新率=1/(Tacq+Tdeat)。

　　影響波形刷新率的因素有哪些?

　　采樣時(shí)間和死區時(shí)間

　　如圖5中所示，波形刷新率為T(mén)acq(采樣時(shí)間)和Tdeat(死區時(shí)間)的倒數，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，當水平時(shí)基確定后，采樣時(shí)間就會(huì )固定。

　　而死區時(shí)間是由示波器的處理能力決定的，當示波器對數據處理能力不足時(shí)，就會(huì )對采集的大數據不能及時(shí)進(jìn)行處理，死區時(shí)間就會(huì )變長(cháng)，刷新率就會(huì )降低;當示波器對數據的處理能力很強時(shí)，死區時(shí)間就會(huì )變短，相應刷新率就會(huì )很高。因此死區時(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)間相當于變相地增加了死區時(shí)間，因為在釋抑期間，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)間并非指死區時(shí)間。

　　當對大周期重復波形進(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)，導致觸發(fā)波形不穩定，為了得到穩定觸發(fā)的波形，我們可以設置觸發(fā)釋抑時(shí)間，使波形每次都在同一個(gè)點(diǎn)觸發(fā)，穩定顯示觸發(fā)波形。如圖6中，可將釋抑時(shí)間設置為200ns到600ns的值。

　　該如何計算死區時(shí)間?

　　對刷新率有重要影響的死區時(shí)間是如何計算出來(lái)的呢?

　　當捕捉一個(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(zhù)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/pX14(ZDS2022示波器水平方向有14個(gè)格)=700ns。那么死區時(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(zhù)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/pX10(該示波器水平方向有10個(gè)格)=500ns，則死區時(shí)間百分比為(20000-500)/20000=97.5%。

　　死區時(shí)間越長(cháng)，捕獲到偶發(fā)信號的概率就會(huì )越低，當小概率異常波形出現在死區時(shí)間時(shí)，示波器就不會(huì )捕獲到該異常，對信號的調試會(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33萬(wàn)次幀/秒的刷新率呢?死區時(shí)間低至76.89%，比一般示波器97.5%的死區時(shí)間竟然低了21.13%!

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

　　ZDS2022示波器采用超大規模FPGA集成波形顯存，總線(xiàn)帶寬高，使數據處理時(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

　　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)，才能正確認識示波器的刷新率指標，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，也不如您親自測一測!