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數字(zì)示(shì)波(bō)器(qì)原理及優缺點

日期：2012-07-22瀏覽：4916次(cì)

數字(zì)示波(bō)器(qì)原(yuán)理及優缺(quē)點

數字(zì)示波器是(shì)數據采集(jí)，A/D轉換，軟(ruǎn)件編(biān)程等一係(xì)列(liè)的(dí)技術製(zhì)造出來(lái)的高性能示波器。數字示(shì)波器一(yī)般(bān)支持多級菜單，能(néng)提供給(gěi)用戶多(duō)種(zhǒng)選擇，多(duō)種(zhǒng)分(fēn)析功(gōng)能。還(huán)有一些示波(bō)器(qì)可(kě)以提供存(cún)儲(chǔ)，實(shí)現對(duì)波形的保存和(hé)處理。目(mù)前(qián)數(shù)字示波(bō)器(qì)主要依(yī)靠美(měi)國(guó)技(jì)術(shù)，對(duì)於300MHz帶寬之(zhī)內(nèi)的示波器(qì)，目前(qián)國內(nèi)品牌的示波器在(zài)性(xìng)能上(shàng)已(yǐ)經(jīng)可以和國外品(pǐn)牌(pái)抗(kàng)衡(héng)，且(qiě)具(jù)有明(míng)顯(xiǎn)的(dí)性(xìng)價(jià)比(bǐ)優勢(shì)。

　　數字(zì)示波器(qì)因具有(yǒu)波(bō)形觸(chù)發(fā)，存儲(chǔ)，顯示，測量(liáng)，波形數據(jù)分(fēn)析處(chǔ)理等(děng)*優(yōu)點，其使用日益(yì)普(pǔ)及。由於(yú)數字(zì)示(shì)波(bō)器與(yǔ)模擬示波(bō)器之間存(cún)在(zài)較大(dà)的(dí)性能(néng)差異，如果使(shǐ)用(yòng)不當，會(huì)產(chǎn)生較大(dà)的測量誤差，從而影響測(cè)試任(rèn)務。

區分(fēn)模擬帶寬和(hé)數字(zì)實時帶(dài)寬

帶寬(kuān)是(shì)示(shì)波器zui重(zhòng)要的指(zhǐ)標之(zhī)一。模擬(nǐ)示波器(qì)的(dí)帶寬是(shì)一個固(gù)定的(dí)值，而(ér)數(shù)字示(shì)波(bō)器的帶寬有模擬帶(dài)寬和數字實時帶寬兩種。數字(zì)示波(bō)器對(duì)重復信(xìn)號采(cǎi)用(yòng)順(shùn)序采(cǎi)樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達到(dào)的(dí)zui高帶寬為示(shì)波(bō)器的數(shù)字實時(shí)帶寬(kuān)，數(shù)字(zì)實時帶(dài)寬(kuān)與(yǔ)zui高數字化(huà)頻率和(hé)波形重(zhòng)建(jiàn)技術(shù)因子(zǐ)K相(xiāng)關（數字(zì)實(shí)時帶(dài)寬(kuān)=zui高數(shù)字(zì)化速(sù)率(shuài)/K），一般並不作(zuò)為一項(xiàng)指標直(zhí)接給出。從兩(liǎng)種(zhǒng)帶寬的(dí)定(dìng)義可以(yǐ)看出，模擬帶寬隻(zhī)適合重復(fù)周期信(xìn)號(hào)的(dí)測量(liáng)，而數字實時帶寬(kuān)則(zé)同(tóng)時(shí)適合(hé)重(zhòng)復信號和(hé)單次(cì)信(xìn)號(hào)的測量。廠家聲(shēng)稱(chēng)示波器(qì)的帶寬(kuān)能(néng)達到多少兆，實際上(shàng)指(zhǐ)的(dí)是模擬帶(dài)寬(kuān)，數字(zì)實時帶(dài)寬(kuān)是要(yào)低於這個值的。例(lì)如說(shuō)TEK公司(sī)的TES520B的帶寬(kuān)為(wéi)500MHz，實(shí)際上(shàng)是(shì)指(zhǐ)其(qí)模擬(nǐ)帶寬(kuān)為(wéi)500MHz，而zui高數(shù)字實時帶寬隻(zhī)能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低(dī)於模(mó)擬帶(dài)寬。所以在(zài)測(cè)量(liáng)單次(cì)信(xìn)號時，一定(dìng)要(yào)參考數字示(shì)波器的(dí)數字實(shí)時帶(dài)寬，否則會給測(cè)量帶來(lái)意(yì)想(xiǎng)不(bù)到的(dí)誤差。

有關采(cǎi)樣(yàng)速(sù)率

　　采樣(yàng)速率也稱為(wéi)數字(zì)化速率(shuài)，是指單位時間內(nèi)，對(duì)模擬(nǐ)輸入(rù)信號的(dí)采樣(yàng)次數，常(cháng)以MS/s表示(shì)。采(cǎi)樣速(sù)率是數(shù)字示(shì)波(bō)器的(dí)一項重要指標(biāo)。　

1.如果采樣速率不夠，容(róng)易(yì)出(chū)現混迭現(xiàn)象　　

如果(guǒ)示波器的(dí)輸人信號為(wéi)一個100KHz的正(zhèng)弦(xián)信(xìn)號(hào)，示(shì)波(bō)器顯示的信號頻率(shuài)卻(què)是50KHz，這是(shì)怎麼回事呢(ní)？這是因為示(shì)波器的(dí)采樣速率太(tài)慢，產生了(liǎo)混(hùn)迭現(xiàn)象。混(hùn)迭就是(shì)屏幕上(shàng)顯(xiǎn)示(shì)的波形頻(pín)率低於(yú)信號的(dí)實(shí)際頻(pín)率，或者(zhě)即使示波器(qì)上(shàng)的觸發(fā)指(zhǐ)示燈(dēng)已經(jīng)亮了，而(ér)顯示的波形仍不穩(wěn)定(dìng)。混(hùn)迭(dié)的產生如(rú)圖(tú)1所示。那麼，對(duì)於一(yī)個未知(zhī)頻率(shuài)的波形，如(rú)何判斷所顯示(shì)的(dí)波(bō)形是(shì)否已經產(chǎn)生(shēng)混迭呢(ní)？可(kě)以通(tōng)過慢慢(màn)改變(biàn)掃(sǎo)速t/div到較(jiào)快的時(shí)基(jī)檔，看(kàn)波形的頻率參數是否(fǒu)急劇改(gǎi)變(biàn)，如(rú)果是(shì)，說(shuō)明波(bō)形混迭已經發生；或(huò)者(zhě)晃動(dòng)的(dí)波(bō)形(xíng)在某個較快的(dí)時(shí)基檔(dàng)穩定下(xià)來，也說明(míng)波形混(hùn)迭已經(jīng)發生(shēng)。根(gēn)據奈奎(kuí)斯特定理，采樣速率至(zhì)少高(gāo)於信號(hào)高頻成分的2倍(bèi)才(cái)不會(huì)發生混迭，如(rú)一(yī)個500MHz的(dí)信號，至少(shǎo)需要1GS/s的采樣速(sù)率。

有(yǒu)如下(xià)幾種(zhǒng)方(fāng)法可(kě)以(yǐ)簡(jiǎn)單(dān)地(dì)防止混(hùn)迭發(fā)生：　　

·調整(zhěng)掃速；　　

·采(cǎi)用自動設置(zhì)（Autoset）；　　

·試著(zhuó)將收集方(fāng)式切(qiē)換到包(bāo)絡(luò)方(fāng)式或峰(fēng)值檢測(cè)方式，因(yīn)為包絡(luò)方(fāng)式(shì)是在(zài)多個(gè)收集記錄(lù)中(zhōng)尋找(zhǎo)極(jí)值，而峰(fēng)值檢測(cè)方式則是在單個(gè)收(shōu)集(jí)記錄中尋找(zhǎo)zui大(dà)zui小值，這兩種(zhǒng)方法都能(néng)檢測(cè)到較(jiào)快的(dí)信(xìn)號(hào)變(biàn)化(huà)。　　

·如果(guǒ)示波(bō)器(qì)有(yǒu)Insta Vu采集(jí)方式(shì)，可以(yǐ)選用，因為這種方式(shì)采(cǎi)集波(bō)形速(sù)度快，用這(zhè)種方法(fǎ)顯(xiǎn)示(shì)的波(bō)形類(lèi)似(sì)於用(yòng)模擬示波器顯(xiǎn)示的波(bō)形。　　

2.采(cǎi)樣(yàng)速率與t/div的關(guān)係(xì) 　　

每台數(shù)字示波器的(dí)zui大采樣(yàng)速(sù)率是一個定值。但是(shì)，在任(rèn)意(yì)一個掃(sǎo)描時間t/div，采樣速率(shuài)fs由下(xià)式(shì)給出(chū)：　

　fs=N/（t/div）　 N為每格采樣(yàng)點(diǎn) 　　

當采樣點(diǎn)數(shù)N為(wéi)一(yī)定值(zhí)時，fs與t/div成(chéng)反比，掃速(sù)越(yuè)大(dà)，采樣(yàng)速率越低(dī)。

使用數字示波器時(shí)，為(wéi)了(liǎo)避(bì)免混(hùn)迭，掃(sǎo)速(sù)檔置(zhì)於(yú)掃速較(jiào)快(kuài)的位置。如果(guǒ)想(xiǎng)要捕(bǔ)捉(zhuō)到瞬息即逝的(dí)毛刺(cì)，掃(sǎo)速(sù)檔則(zé)置(zhì)於主(zhǔ)掃速較慢的(dí)位置。

數(shù)字(zì)示(shì)波器的上升(shēng)時(shí)間(jiān)

　在模擬(nǐ)示波器中，上(shàng)升時間是(shì)示波(bō)器(qì)的一(yī)項極其(qí)重要(yào)的指(zhǐ)標。而(ér)在數字(zì)示波(bō)器(qì)中(zhōng)，上升時間甚至(zhì)都不(bù)作為指標明確給(gěi)出。由(yóu)於數字示(shì)波(bō)器測量方(fāng)法(fǎ)的(dí)原因，以致於自動測量(liáng)出(chū)的上升(shēng)時間不僅(jǐn)與(yǔ)采樣點(diǎn)的(dí)位(wèi)置相(xiāng)關。雖(suī)然波形(xíng)的上升(shēng)時(shí)間(jiān)是一個定值，而用(yòng)數(shù)字示波(bō)器(qì)測量出來的結果(guǒ)卻(què)因為(wéi)掃速不同而(ér)相差甚遠(yuǎn)。模(mó)擬(nǐ)示波器(qì)的上升時(shí)間(jiān)與掃速無(wú)關，而(ér)數字示波器的上升時間(jiān)不(bù)僅與(yǔ)掃(sǎo)速有關(guān)，還(huán)與采樣點(diǎn)的位置有關，使用數(shù)字示波器(qì)時(shí)，我們不能象(xiàng)用模(mó)擬示波器(qì)那樣(yàng)，根(gēn)據測出的時(shí)間(jiān)來反推出信號的(dí)上升時間(jiān)。

數字(zì)示(shì)波器優缺點

優(yōu)點

1.體積小，重量輕(qīng)，便(biàn)於攜帶，液晶(jīng)顯示器　　

2.可以長期貯存波形，並(bìng)可以對(duì)存(cún)儲(chǔ)的波形進行放大(dà)等多種操(cāo)作(zuò)和分(fēn)析　　

3.特別(bié)適合(hé)測量單次(cì)和低(dī)頻(pín)信(xìn)號(hào)，測量低頻(pín)信(xìn)號時沒(méi)有模(mó)擬示波器的閃(shǎn)爍(shuò)現(xiàn)象(xiàng)　　

4.更(gēng)多的觸發(fā)方式(shì)，除(chú)了模(mó)擬示波器不具備的預(yù)觸發，還(huán)有邏(luó)輯(jí)觸發(fā)，脈衝寬(kuān)度觸(chù)發等(děng)　　

5.可以(yǐ)通(tōng)過GPIB，RS232，USB接口同計算(suàn)機，打(dǎ)印機(jī)，繪圖儀連接，可(kě)以(yǐ)打(dǎ)印(yìn)，存檔，分析文件　　

6.有*的波(bō)形(xíng)處理能力，能(néng)自動(dòng)測量(liáng)頻(pín)率，上升時間，脈衝寬度(dù)等很多(duō)參數

缺(quē)點

　　1.失(shī)真比(bǐ)較(jiào)大(dà)，由於(yú)數字示(shì)波(bō)器是通(tōng)過對(duì)波(bō)形采樣(yàng)來顯(xiǎn)示(shì)，采樣(yàng)點數越(yuè)少(shǎo)失真(zhēn)越(yuè)大，通(tōng)常在(zài)水平方向有512個(gè)采樣點(diǎn)，受到zui大(dà)采(cǎi)樣(yàng)速率(shuài)的限製，在zui快掃(sǎo)描速(sù)度及(jí)其(qí)附近(jìn)采樣點(diǎn)更(gēng)少(shǎo)，因(yīn)此高速(sù)時失真(zhēn)更(gēng)大。　　

2.測量復(fù)雜(zá)信號(hào)能(néng)力差，由(yóu)於數(shù)字示波器(qì)的采樣點(diǎn)數有限以(yǐ)及(jí)沒有(yǒu)亮(liàng)度的(dí)變(biàn)化(huà)，使(shǐ)得很多波形(xíng)細(xì)節(jié)信息無(wú)法顯(xiǎn)示(shì)出來，雖然有(yǒu)些可(kě)能具有兩(liǎng)個(gè)或(huò)多個亮(liàng)度層(céng)次，但這(zhè)隻是(shì)相對(duì)意義(yì)上的(dí)區別，再加(jiā)上示(shì)波器有(yǒu)限的顯示(shì)分辨率，使它仍(réng)然(rán)不能重現(xiàn)模(mó)擬(nǐ)顯示的(dí)效果。　　

3.可(kě)能出現(xiàn)假象和混(hùn)淆波形，當(dāng)采(cǎi)樣時鐘頻(pín)率(shuài)低(dī)於信(xìn)號(hào)頻(pín)率時(shí)，顯(xiǎn)示出(chū)的波形(xíng)可能(néng)不(bù)是實(shí)際(jì)的頻(pín)率(shuài)和幅值。數(shù)字(zì)示(shì)波器的(dí)帶(dài)寬(kuān)與取樣率密(mì)切相(xiāng)關(guān)，取樣率不高(gāo)時(shí)需借助內(nèi)插(chā)計(jì)算(suàn)，容易出(chū)現混淆(xiáo)波形(xíng)。

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