簡述數(shù)字示波器死區(qū)時間和波形捕獲率影響測量結(jié)果

　　什么是死區(qū)時間

　　　要想了解死區(qū)時間的來源，需要先對數(shù)字示波器的結(jié)構(gòu)有一個基本的了解。數(shù)字示波器的典型組成框圖如圖1、圖2所示。

　　圖1：傳統(tǒng)數(shù)字示波器組成框圖。

　　圖2：R&S公司RTO系列示波器組成框圖。

　　被測信號通過輸入通道進(jìn)入示波器，并通過垂直系統(tǒng)中的衰減器和放大器加以調(diào)節(jié)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）按照固定的時間間隔對信號進(jìn)行采樣，并將各個信號振幅轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字值，稱為“樣本點(diǎn)”。采集模塊隨后則執(zhí)行處理功能，例如樣本抽取，默認(rèn)一般都為采樣模式。輸出數(shù)據(jù)作為樣本點(diǎn)（samples）存儲在采集存儲器中。存儲的樣點(diǎn)數(shù)目用戶可以通過記錄長度進(jìn)行設(shè)置。

　　根據(jù)用戶的需求，還可以對這些樣本點(diǎn)進(jìn)一步后處理。對于數(shù)字示波器而言，基本上對波形樣本執(zhí)行的處理步驟沒有任何限制。這些后處理功能或者使用軟件通過該儀器的主處理程序執(zhí)行，或者使用專用的ASIC或FPGA硬件執(zhí)行，具體取決于示波器的結(jié)構(gòu)。最終結(jié)果隨后通過示波器的顯示屏呈現(xiàn)給用戶。

　　從圖1和圖2中可以看到R&S RTO系列示波器和傳統(tǒng)數(shù)字示波器的在信號處理過程上的區(qū)別，它使用了專門獨(dú)立開發(fā)的ASIC芯片RTC和FPGA來實(shí)現(xiàn)波形樣本的后處理，如通道校準(zhǔn)、樣本抽取、數(shù)字濾波、math、直方圖測量、模板測試以及FFT、自動測量、協(xié)議解碼等等，大大降低了主處理器的工作負(fù)荷，同時在RTO芯片中用數(shù)字觸發(fā)取代了模擬觸發(fā)電路，消除了模擬觸發(fā)電路帶來的觸發(fā)抖動，傳統(tǒng)的中高端示波器為了減小這部分抖動，需要大量的DSP后處理。硬件結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，極大的縮短了RTO示波器波形樣本后處理所耗費(fèi)的時間。

　 死區(qū)時間是PWM輸出時，為了使H橋或半H橋的上下管不會因?yàn)殚_關(guān)速度問題發(fā)生同時導(dǎo)通而設(shè)置的一個保護(hù)時段。通常也指pwm響應(yīng)時間。 死區(qū)時間是指控制不到的時間域。在變頻器里一般是指功率器件輸出電壓、電流的"0"區(qū)，在傳動控制里一般是指電機(jī)正反向轉(zhuǎn)換電壓、電流的過零時間。死區(qū)時間當(dāng)然越小越好。但是所以設(shè)置死區(qū)時間，是為了安全。因此又不可沒有。最佳的設(shè)置是：在保證安全的前提下，越小越好。以不炸功率管、輸出不短路為目的。

　　死區(qū)時間和捕獲周期及波形捕獲率關(guān)系

　　示波器的波形捕獲率指單位時間內(nèi)示波器所捕獲的波形個數(shù)，每個波形可以由數(shù)百或更多個點(diǎn)構(gòu)成。我們可以拿示波器的波形捕獲率指標(biāo)和數(shù)碼相機(jī)的快門反應(yīng)時間做個對應(yīng)，示波器的波形捕獲率快，可捕獲偶發(fā)信號，數(shù)碼相機(jī)快門反應(yīng)時間快，可捕獲精彩的瞬間。相機(jī)的快門時間指的是，從啟動到快門反應(yīng)的時間，若相機(jī)快門反應(yīng)時間為0.8秒，則不需一秒鐘的時間即可開始拍攝下一張圖像。采用連拍模式，按住快門鈕一般最多連續(xù)抓拍幾張到十幾張圖像。如果使用高速攝像機(jī)，那么示波器的波形捕獲率非常類似攝像機(jī)的一個指標(biāo)，每秒鐘幀數(shù)FPS （Frames Per Second），這里的幀就是畫面， 譬如電影放映的標(biāo)準(zhǔn)是每秒放映24幀， 每秒鐘幀數(shù) （FPS） 愈多，所顯示的動作就會愈流暢。

　　圖3顯示了一個波形捕獲周期的示意圖。捕獲周期由有效捕獲時間和死區(qū)時間周期組成。在有效捕獲時間內(nèi)，示波器按照用戶設(shè)定波形樣本數(shù)進(jìn)行捕獲，并將其寫入采集存儲器中。捕獲的死區(qū)時間包含固定時間和可變時間兩部分。固定時間具體取決于各個儀器的架構(gòu)本身。可變時間則取決于處理所需的時間，它與設(shè)定的捕獲樣本數(shù)（記錄長度）、水平刻度、采樣率以及所選后處理功能（例如，插值、數(shù)學(xué)函數(shù)、測量和分析）多少都有直接關(guān)系。死區(qū)時間和捕獲周期之比死區(qū)時間比也是示波器的一個重要特性，捕獲周期的倒數(shù)就是波形捕獲率。