數(shù)字示波器簡介及分類

當(dāng)數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫傳送到示波器的顯示屏幕后，根據(jù)各點(diǎn)發(fā)生的信號頻率的比例，顯示屏展示加入亮度形式的波形區(qū)域，這與模擬示波器的亮度級特性非常類似。 DPO也可以顯示不斷變化的發(fā)生頻率的信息，顯示屏對不同的信息呈現(xiàn)不同的顏色，這一點(diǎn)與模擬示波器不同。利用DPO，可以比較由不同觸發(fā)器產(chǎn)生的波形之間的異同，例如，比較某波形與第100 號觸發(fā)器產(chǎn)生波形的區(qū)別。

數(shù)字熒光示波器(DPO)突破模擬和數(shù)字示波器技術(shù)之間的障礙。它同時(shí)適合觀察高頻和低頻信號、重復(fù)波形，以及實(shí)時(shí)的信號變化。只有DPO 實(shí)時(shí)提供Z(亮度)軸，常規(guī)的DSO 已經(jīng)喪失了這一功能。

對那些需要最好的通用設(shè)計(jì)和故障檢測工具以適合大范圍應(yīng)用的人來說，DPO是一個(gè)理想工具。DPO典型應(yīng)用有：通信模板測試，中斷信號的數(shù)字調(diào)試，重復(fù)的數(shù)字設(shè)計(jì)和定時(shí)應(yīng)用。

數(shù)字采樣示波器

當(dāng)測量高頻信號時(shí)，示波器也許不能在一次掃描中采集足夠的樣值。如果需要正確采集頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器采樣頻率的信號，那么數(shù)字采樣示波器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇(參看圖21)。這種示波器采集測量信號的能力要比其他類型的示波器高一個(gè)數(shù)量級。在測量重復(fù)信號時(shí)，它能達(dá)到的帶寬以及高速定時(shí)都十倍于其他示波器。連續(xù)等效時(shí)間采樣示波器能達(dá)到50GHz 的帶寬。

與數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器體系結(jié)構(gòu)不同，在數(shù)字采樣示波器的體系結(jié)構(gòu)中，置換了衰減器/ 放大器于采樣橋的位置，參照圖20。在衰減或放大之前對輸入信號進(jìn)行采樣。由于采樣門電路的作用，經(jīng)過采樣橋以后的信號的頻率已經(jīng)變低，因此可以采用低帶寬放大器，其結(jié)果，整個(gè)儀器的帶寬得到增加。

然而，采樣示波器帶寬的增加帶來的負(fù)面影響是動態(tài)范圍的限制。由于在采樣門電路之前沒有衰減器/ 放大器，所以不能對輸入信號進(jìn)行縮放。所有時(shí)刻的輸入信號都不能超過采樣橋滿動態(tài)范圍。因此，大多數(shù)采樣示波器的動態(tài)范圍都限制在1V 的峰值- 峰值。另一方面，數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器卻能夠處理50 到100 伏特的輸入。

另外，采樣橋的前面不能增加保護(hù)二極管，否則會限制帶寬。因此，采樣示波器的安全輸入電壓大約只有3V，相對而言，其他示波器可以高達(dá)500V。

如何使用數(shù)字示波器?

數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)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(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬

帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復(fù)信號采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)(數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K)，一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號的測量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

有關(guān)采樣速率

采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)間內(nèi)，對模擬輸入信號的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象

如果示波器的輸人信號為一個(gè)100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢?這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍?，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對于一個(gè)未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢?可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生;或者晃動的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩(wěn)定下來，也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發(fā)生：

·調(diào)整掃速;

·采用自動設(shè)置(Autoset);

·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。

·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。

2.采樣速率與t/div的關(guān)系

每臺數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個(gè)定值。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div，采樣速率fs由下式給出：

fs=N/(t/div) N為每格采樣點(diǎn)

當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：

t/div(ns)1252550100200fs(GS/s)502510210.50.25

綜上所述，使用數(shù)字示波器時(shí)，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。

數(shù)字示波器的上升時(shí)間

在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測量方法的原因，以致于自動測量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時(shí)間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù)：

t/div(ms)502010521tr(μs)800320160803216

由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數(shù)字示波器測量出來的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測出的時(shí)間來反推出信號的上升時(shí)間。