以具體型號為例介紹數(shù)字示波器的原理

　　信號進(jìn)入示波器后，先要進(jìn)行衰減，再進(jìn)行放大，這是為什么呢?

　　原來，衰減器是可調(diào)衰減器，當(dāng)衰減比調(diào)節(jié)的較大時，讓我們能夠測試大幅度的信號，當(dāng)衰減比調(diào)節(jié)的較小或0dB衰減時，通過放大器的放大作用，使得我們可以測試小幅度的信號。我們平時調(diào)節(jié)示波器的垂直靈敏度，實際上就是調(diào)節(jié)衰減器的衰減比(粗調(diào))。通過信號調(diào)理電路使得信號能夠較理想的讓ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，反映在示波器屏幕上就是盡量顯示的波形能夠達(dá)到屏幕的2/3以上(但是不要超出屏幕)。

　　放大器一方面是對信號進(jìn)行放大(微調(diào)垂直靈敏度時，也是放大器起作用)，另一方面是提供匹配電路去驅(qū)動ADC和觸發(fā)電路，放大器決定了示波器的模擬帶寬，這是示波器的第一重要指標(biāo)。

　　信號經(jīng)過ADC后，需要先把點存在存儲器里，設(shè)置的存儲器存滿了，再把樣點傳遞到計算機(jī)，這是為什么呢?

　　原來，ADC的采樣速率比較高(比如每秒20G樣點)，每個樣點用8bits來表示(現(xiàn)代的數(shù)字示波器通常ADC都是8位)，ADC后面的總線帶寬就達(dá)到160Gbps，這是不可能實時把樣點傳遞到計算機(jī)的。所以需要采用Block的工作方式，先把點存起來，存滿后再慢慢的把數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)，而且這個時間一般相對采集時間較長，所以數(shù)字示波器的死區(qū)時間還是比較大的(一般為95%以上)。那么如何保證示波器捕獲我們感興趣的信號呢?這就要靠觸發(fā),通過觸發(fā)來解決采集和傳輸?shù)拿堋?/p>

　　示波器的第二重要指標(biāo)有ADC決定，就是實時采樣速率。第三重要指標(biāo)是存儲深度，由內(nèi)存控制器和存儲器決定。第四重要指標(biāo)是觸發(fā)能力，由觸發(fā)電路決定。

　　圖2是安捷倫90000A系列示波器的捕獲板(90000A示波器包括2塊捕獲板)。信號通過SMA同軸電纜連接到捕獲板的前端上，前端包括衰減器、放大器和一部分觸發(fā)電路，這些器件被裸封到一片MCM芯片上。前端電路驅(qū)動兩顆ADC芯片，每顆ADC芯片的采樣速率是20GSa/s,兩顆采用交叉采集達(dá)到40GSa/s的采樣速率。ADC后面是內(nèi)存控制器IDA，做數(shù)據(jù)存儲分配和一些運算，如幅度、相位補(bǔ)償，觸發(fā)抖動補(bǔ)償?shù)取DA通過PCI-Express總線與計算機(jī)相連。

　　那么數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)后，還要做哪些處理呢?圖3是計算機(jī)處理結(jié)構(gòu)框圖。

圖3 示波器的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)圖

　　采集的數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)后，先要進(jìn)行Sin(x)/x正弦內(nèi)插，或線性內(nèi)插進(jìn)行波形的重建，重建后的波形可以進(jìn)行各種各樣的參數(shù)測量、信號運算和分析等。最終的結(jié)果或原始的樣點都可以直接顯示到屏幕上。

　　對選擇和使用示波器來說，帶寬和采樣率是最關(guān)鍵的指標(biāo)，那么該如何量化計算帶寬和采樣速率呢?請參考表1。為什么會有這樣的結(jié)論呢?

　　請參考下一篇：數(shù)字示波器的信號保真度探析。

表1.量化選擇示波器的帶寬和采樣速率