數(shù)字存儲(chǔ)示波器基礎(chǔ)一
加入技術(shù)交流群
在很多多應(yīng)有和場合，實(shí)時(shí)采樣方式所提供的時(shí)間分辨率仍然不能滿足工作的要求，在這些應(yīng)用場合中，要觀察的信號(hào)常常是重復(fù)性的，即相同的信號(hào)圖形按有規(guī)則的時(shí)間間隔重復(fù)地出現(xiàn)
等效時(shí)間采樣速率 等效時(shí)間采樣的方法采用從重復(fù)性信號(hào)的不同的周期取得采樣點(diǎn)來重建這個(gè)重復(fù)性信號(hào)的波形，這樣就提高了示波器的時(shí)間分辨率。
舉例來說，有一臺(tái)DSO的時(shí)基設(shè)置值為5ns/格，每格顯示50個(gè)采樣點(diǎn)，則可以求出等效時(shí)間采樣速率為：等效時(shí)間采樣速率=50/5ns=50/5*10^-9=10000MS/s
等效時(shí)間采樣速率是在高進(jìn)基設(shè)置之下表示示波器不平分辨率的一種間接的方法.它也表明假如使用實(shí)時(shí)采樣的方法要獲得相同的時(shí)間分辯集約所需要的采樣速率,等效時(shí)間采樣速率比現(xiàn)今能夠達(dá)到的實(shí)時(shí)采樣速率要高得多。
可以采用兩種不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)等效時(shí)間采樣,即順序采樣和隨機(jī)采樣.
順序采樣 采用順序采樣時(shí),采樣點(diǎn)的采集是按一個(gè)固定的次序進(jìn)行的,即在屏幕以上左向右的進(jìn)行采集.每到來一個(gè)新的觸發(fā)事件就采集一個(gè)采樣點(diǎn)。為了填滿一個(gè)完整的波形記錄,記錄中有多少個(gè)存儲(chǔ)位置就需要朋多少個(gè)觸發(fā)事件,(見圖27)。
這就是說第n個(gè)新的采樣點(diǎn)的采集是在相對(duì)于類似的觸發(fā)事件延遲了（n-1）Δt的時(shí)間以后進(jìn)行的。
其結(jié)果是示波器上顯示的波形是由按固定次序出現(xiàn)的采樣點(diǎn)而構(gòu)成的。即第一個(gè)采樣點(diǎn)在屏幕的最左邊，接著各采樣點(diǎn)集資向右構(gòu)成顯示波形。
在順序采樣模式下，采集波形的周期數(shù)，即觸發(fā)事件數(shù)等于存儲(chǔ)器器的記錄長度。順序采樣可以實(shí)現(xiàn)后觸發(fā)延遲功能，但是不能提供預(yù)觸發(fā)信息。在快速時(shí)基設(shè)置之下，填滿一個(gè)存儲(chǔ)器記錄所需的時(shí)間是很有限的。其速度比隨機(jī)采產(chǎn)要快得多。
隨機(jī)采樣 在使用隨機(jī)采樣的示波器中，第一組采樣點(diǎn)是在隨機(jī)的時(shí)刻采集的，而與觸發(fā)事件無關(guān)，這些采樣點(diǎn)之間的時(shí)間隔為一已知的時(shí)間，由采樣時(shí)鐘來確定，當(dāng)示波器在在等待觸發(fā)事件到來時(shí)，其內(nèi)部就在連續(xù)的進(jìn)行采樣并將結(jié)果貯存起來。當(dāng)一個(gè)觸發(fā)事件到來時(shí)示波器內(nèi)的一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)就從這一時(shí)刻開始直到下一個(gè)采點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。由于采樣間隔是固定的，因此示波器就能夠從此測(cè)量的時(shí)間計(jì)算出所有采集的采樣點(diǎn)在存儲(chǔ)器中的位置（見圖28）。當(dāng)?shù)谝淮尾杉乃胁蓸狱c(diǎn)存貯完畢以后，就開始采集一組新的采樣點(diǎn)并等待新的觸發(fā)事件，新觸發(fā)事件到來以后，計(jì)時(shí)系統(tǒng)雙進(jìn)行新的時(shí)間測(cè)量并計(jì)算出這些新的采產(chǎn)點(diǎn)位置。這些新的采樣點(diǎn)落在一次采集的采產(chǎn)點(diǎn)填充位置之間的未填充位置，用這種方法，波形掃跡就由在X軸上的隨機(jī)位置上出現(xiàn)的一組組采樣點(diǎn)所構(gòu)成。
電荷耦合器件 有些波器采用電荷耦合器件，或稱CCD即一種模擬移位寄存器，來作模擬存儲(chǔ)介質(zhì)。電荷耦合器件可以看成是一個(gè)由很多小單元組成的陣列，每個(gè)單元都可以貯存一宣的電荷，此電荷就代表隊(duì)號(hào)的采樣值，在時(shí)鐘信號(hào)的命令控制下，這些單元可以按一個(gè)固定方向一個(gè)接一個(gè)的傳遞電荷，就象救火隊(duì)員傳遞水桶一樣。
在高速時(shí)鐘控制下，CCD可以用來移位存入模擬信息，當(dāng)所有的單元都填滿時(shí)，快速時(shí)鐘停止，然后用一個(gè)較慢的時(shí)鐘將CCD中的電荷信息移位取出送入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模/數(shù)變換器。這樣模/數(shù)變抽象器就可以以低得多的速度工作。而波形采集的速度僅僅取決于CCD輸入時(shí)鐘的速度。
如果讓采樣時(shí)鐘連續(xù)運(yùn)行，而當(dāng)觸發(fā)事件到來時(shí)讓時(shí)鐘停止，那么所有CCD的單元中存貯都是觸發(fā)時(shí)刻這前采集的信息，也就是說，整個(gè)CCD中填充的都是預(yù)觸發(fā)信息。這對(duì)于研究系統(tǒng)過程的起因是非常寶貴的。單次捕捉應(yīng)用 模擬示波器和DSO的主要區(qū)別在于DSO能夠存貯波形信息。這使得DSO在研究低重復(fù)速率的現(xiàn)象或者研究完全不重復(fù)的現(xiàn)象即所謂單沖信號(hào)的工作中具有特別寶貴的價(jià)值。這種應(yīng)用情況的例子包括諸如測(cè)量一個(gè)電系統(tǒng)的沖擊電流、破壞性試驗(yàn)中只能進(jìn)行一次測(cè)量，事實(shí)上，非重復(fù)性信號(hào)或單位信號(hào)在很多系統(tǒng)中都可以見到。雖然很多模擬示波器也常常有單次測(cè)量能力，即可以產(chǎn)生單次的進(jìn)基掃描。但是DSO在采集波形細(xì)節(jié)方面則是首屈一指的。在進(jìn)行單次采集時(shí)，示波器首先誚進(jìn)行觸發(fā)準(zhǔn)備（armedfor trigering)。通常用一個(gè)標(biāo)有“單次”或者“單次復(fù)位”的傳門控制機(jī)構(gòu)來提供此項(xiàng)功能。
顯示類型，光柵掃描與向量掃描 在本書第一章的開頭，我們談到CRT是示波器的心臟。還談到在CRT中電子束的偏聽偏信轉(zhuǎn)是通過在兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板之間施加電壓來實(shí)現(xiàn)的。這種偏轉(zhuǎn)方法稱為靜電偏轉(zhuǎn)。這時(shí)偏聽偏信轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以從DC開始直到很寬的頻率范圍內(nèi)使用。在模擬示波器中就采用了這種方法，在模擬示波器中輸入信號(hào)經(jīng)過衰減或放大以后，連續(xù)地、直接地加到偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。因此，模擬示波器常常被認(rèn)為是最可信賴的的信號(hào)儀器；我們?cè)贑RT屏幕上所看到的波形就是被套測(cè)系統(tǒng)中實(shí)際發(fā)生的情況。
這時(shí)，電子束的偏轉(zhuǎn)是由輸入信號(hào)和時(shí)基來決定的。這兩者一起把電子束偏轉(zhuǎn)到屏幕上需要加亮的位置。這種類型的顯示稱為向量掃描顯示。
在DSO中，在顯示信號(hào)波形之前首先要采集波形并存入存儲(chǔ)器。在基本些DSO中使用了另一種類型的CRT，即和PC監(jiān)視器及電視機(jī)所使用的相類侯CRT。在這些CRT中電子束得由安裝在CRT外面的線圈產(chǎn)生的磁場來偏轉(zhuǎn)的。這種偏轉(zhuǎn)方法稱為磁偏轉(zhuǎn)，它只能在一個(gè)很有限的偏轉(zhuǎn)頻率范圍內(nèi)使用，所以為種顯示管采用和TV屏幕完全相同的方法來驅(qū)動(dòng)：即在屏幕上以固定的頻率從左到右一行緊挨一行的車出掃描線。掃守完整的一屏（一個(gè)全場）可能需要500行或者更多的行。DSO計(jì)算出屏幕上的哪些點(diǎn)需要加亮，當(dāng)掃描系統(tǒng)掃到屏幕上的這種點(diǎn)時(shí)，就使電子束加亮。這種顯示方式只能用于DSO，而不能用在模擬示波器中。這時(shí)我們?cè)谄聊簧峡吹降牟⒉皇禽斎胄盘?hào)本身的波形，而是使用早些時(shí)刻采集的表示輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)在屏幕上重建的波形。
近年來使用液晶顯示（LCD）的DSO已經(jīng)問世，這種顯示器需要的功率比CRT要小，困此用在便攜式示波器上極為理想。下面在Fluke公司的示波表(ScopeMeter)中我們會(huì)看到很好的應(yīng)用實(shí)例。由于LCD顯示器功耗很低，所以一組小型的電池就可以供儀器工作幾個(gè)小時(shí)。
評(píng)論