示波器性能術(shù)語及應(yīng)用

示波器帶寬指的是正弦輸入信號(hào)衰減到其實(shí)際幅度的70.7% 時(shí)的頻率值，即－ 3dB 點(diǎn)，基于對(duì)數(shù)標(biāo)度（見圖46）。

如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法分辨高頻變化。幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會(huì)消失，細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失。如果沒有足夠的帶寬，得到的關(guān)于信號(hào)的所有特性，響鈴和振鳴等都毫無意義。

測(cè)定示波器帶寬的方法：在具體操作中準(zhǔn)確表征信號(hào)幅度，并運(yùn)用5倍準(zhǔn)則。使用五倍準(zhǔn)則選定的示波器的測(cè)量誤差將不會(huì)超過＋/－2%，對(duì)今天的操作來說已經(jīng)足夠。然而， 隨著信號(hào)速率的增加，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則將不再適用。記住，帶寬越高，再現(xiàn)的信號(hào)就越準(zhǔn)確（見圖47）。

上升時(shí)間

在數(shù)字世界中，時(shí)間的測(cè)定至關(guān)重要。在測(cè)定數(shù)字信號(hào)時(shí)，如脈沖和階躍波，可能更需要對(duì)上升時(shí)間作性能上的考慮。示波器必須要有足夠長的上升時(shí)間，才能準(zhǔn)確地捕獲快速變換的信號(hào)細(xì)節(jié)。

上升時(shí)間描述示波器的有效頻率范圍。一般用下面的公式來計(jì)算特定信號(hào)類型示波器的上升時(shí)間：

請(qǐng)注意，選擇示波器上升時(shí)間的依據(jù)類似于帶寬的選擇依據(jù)。對(duì)于帶寬，考慮到信號(hào)速率的極端情況，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則也并不總是適用。記住，示波器的上升時(shí)間越快，對(duì)信號(hào)的快速變換的捕獲也就越準(zhǔn)確。在一些應(yīng)用中，可能只有信號(hào)的上升時(shí)間是已知的。帶寬和上升時(shí)間通過一個(gè)常數(shù)相關(guān)聯(lián)：

其中，k 是介于0.35 和0.45 之間的常數(shù)，它的值取決于示波器的頻率響應(yīng)特性曲線和脈沖上升時(shí)間響應(yīng)。對(duì)帶寬小于1 GHz的示波器，其常數(shù)k 的典型值為0.35，而對(duì)帶寬大于1GHz 的示波器，其常數(shù)k 的值通常介于0.40 和0.45 之間。

如圖49 所示，一些邏輯系列本質(zhì)上具有更快的上升時(shí)間。

采樣速率

采樣速率：表示為樣點(diǎn)數(shù)每秒（S/s），指數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)采樣的頻率，類似于電影攝影機(jī)中的幀的概念。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丟失的概率就越小，如圖50 所示。如果需要觀測(cè)較長時(shí)間范圍內(nèi)的慢變信號(hào)，則最小采樣速率就變得較為重要。典型地，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數(shù)，需要調(diào)整水平控制按鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著水平調(diào)節(jié)按鈕的調(diào)節(jié)而變化。

如何計(jì)算采樣速率？計(jì)算方法取決于所測(cè)量的波形的類型，以及示波器所采用的信號(hào)重構(gòu)方式。為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號(hào)并避免混淆，奈奎斯特定理規(guī)定，信號(hào)的采樣速率必須不小于其最高頻率成分的兩倍。然而，這個(gè)定理的前提是基于無限長時(shí)間和連續(xù)的信號(hào)。由于沒有示波器可以提供無限時(shí)間的記錄長度，而且，從定義上看，低頻干擾是不連續(xù)的，所以，采用兩倍于最高頻率
成分的采樣速率通常是不夠的。

實(shí)際上，信號(hào)的準(zhǔn)確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號(hào)采樣點(diǎn)間隙所采用的插值法。一些示波器會(huì)為操作者提供以下選擇：測(cè)量正弦信號(hào)的正弦插值法，以及測(cè)量矩形波、脈沖和其他信號(hào)類型的線性插值法。

在使用正弦插值法時(shí)，為了準(zhǔn)確再現(xiàn)信號(hào)，示波器的采樣速率至少需為信號(hào)最高頻率成分的2.5 倍。使用線性插值法時(shí)，示波器的采樣速率應(yīng)至少是信號(hào)最高頻率成分的10 倍。

一些采樣速率高達(dá)20GS/s,帶寬高達(dá)4GHA的測(cè)量系統(tǒng)用5倍于帶寬的速率來捕獲高速，單脈沖和瞬態(tài)事件。

波形捕獲速率

所有的示波器都會(huì)閃爍。也就是說，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號(hào)，在這些測(cè)量點(diǎn)之間將不再進(jìn)行測(cè)量。這就是波形捕獲速率，表示為波形數(shù)每秒（wfms/s）。采樣速率表示的是示波器在一個(gè)波形或周期內(nèi)，采樣輸入信號(hào)的頻率，波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。波形捕獲速率取決于示波器的類型和性能級(jí)別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會(huì)提供更多的重要信號(hào)特性，并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時(shí)的異常情況，如抖動(dòng)、矮脈沖、低頻干擾和瞬時(shí)誤差的概率（參見圖51 和52）。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器（ DSO）使用串行處理機(jī)制，每秒鐘可以捕獲10到5000個(gè)波形。一些DSO提供一種特殊的模式，它能迅速把各種捕獲信息存儲(chǔ)到海量存儲(chǔ)器中，暫時(shí)提供較高的波形捕獲速率，而隨后是較長的一段處理時(shí)間，這段處理時(shí)間內(nèi)不重新活動(dòng)，減少了捕獲稀少和間歇事件的可能性。

大多數(shù)數(shù)字熒光示波器（ DPO）采用并行處理機(jī)制來提供更高的波形捕獲速率。一些DPO可以在一秒鐘之內(nèi)獲得數(shù)百萬個(gè)波形，大大提高了捕獲間歇的和難以捕捉事件的可能性，并能讓用戶更快地發(fā)現(xiàn)信號(hào)中存在的問題。而且，DPO的實(shí)時(shí)捕獲和顯示三維信號(hào)特性（如幅度、時(shí)間以及幅度的時(shí)間分布特性）的能力使其能夠得到更高等級(jí)的信號(hào)特性。

記錄長度

記錄長度表示為構(gòu)成一個(gè)完整波形記錄的點(diǎn)數(shù)，決定了每個(gè)通道中所能捕獲的數(shù)據(jù)量。由于示波器僅能存儲(chǔ)有限數(shù)目的波形采樣，波形的持續(xù)時(shí)間和示波器的采樣速率成反比。

現(xiàn)代的示波器允許用戶選擇記錄長度，以便對(duì)一些操作中的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。分析一個(gè)十分穩(wěn)定的正弦信號(hào)，只需要500 點(diǎn)的記錄長度；但如果要解析一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，則需要有一百萬個(gè)點(diǎn)或更多點(diǎn)的記錄長度。

觸發(fā)能力

示波器的觸發(fā)功能在正確的信號(hào)位置點(diǎn)同步水平掃描，決定著信號(hào)特性是否清晰。觸發(fā)控制按鈕可以穩(wěn)定重復(fù)的波形并捕獲單脈沖波形。關(guān)于觸發(fā)性能的更多的信息請(qǐng)參考性能術(shù)語和應(yīng)用的觸發(fā)器部分。

有效比特

有效比特是示波器準(zhǔn)確再現(xiàn)正弦信號(hào)波形的能力的度量。這個(gè)度量將示波器的實(shí)際錯(cuò)誤同理論上理想的數(shù)字化儀進(jìn)行比較。由于實(shí)際的誤差數(shù)包括噪聲和失真，所以，必須指定信號(hào)的頻率和幅度。

頻率響應(yīng)

僅僅采用帶寬是不足以保證示波器準(zhǔn)確捕獲高頻信號(hào)的。示波器設(shè)計(jì)的目標(biāo)是一個(gè)特定類型的頻率響應(yīng)：最大平坦包絡(luò)時(shí)延（MFED）。此類型的頻率響應(yīng)用最小的過沖和阻尼振蕩，提供極好的脈沖逼真度。由于數(shù)字示波器是由實(shí)際的放大器、衰減器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、連接器和繼電器組成，MFED響應(yīng)只是對(duì)目標(biāo)值的一個(gè)逼近。不同模型和不同制造商的產(chǎn)品的脈沖逼真度有著很大的不同（圖46 說明了這一概念）。

垂直靈敏度

垂直靈敏度指示垂直放大器對(duì)弱信號(hào)的放大程度，通常用每刻度多少毫伏（mv）來表示。多用途示波器能檢測(cè)出的最小伏特?cái)?shù)的典型值約為1mv 每垂直顯示屏刻度。

掃描速度

掃描速度表征軌跡掃過示波器顯示屏的速度有多快，使您能夠發(fā)現(xiàn)更細(xì)微的細(xì)節(jié)。示波器的掃描速度用時(shí)間 (秒) / 格表示。

增益精度

增益精度是表征垂直系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的衰減或放大的準(zhǔn)確程度，通常用多少百分比誤差來表示。

水平準(zhǔn)確度(時(shí)間基準(zhǔn))

水平或者時(shí)基準(zhǔn)確度是指在水平系統(tǒng)中，顯示信號(hào)的定時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常用多少百分比誤差表示。

垂直分辨率(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的垂直分辨率，也就是數(shù)字示波器的垂直分辨率，是指示波器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的精確程度。垂直分辨率用比特?cái)?shù)來度量。計(jì)算方法能提高有效的分辨率，例如高分辨率捕獲模式。請(qǐng)參考示波器系統(tǒng)和控制部分的水平系統(tǒng)和控制一節(jié)。