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

　　圖3：數(shù)字示波器的一個捕獲周期。

　　例如，如果有效捕獲時間是100ns（樣本數(shù)為1k，采樣率為10G），而死區(qū)時間是10ms，那么整個捕獲周期所用的時間是10.0001ms。由此得到的死區(qū)時間比是99.999%，而波形捕獲率是每秒不到100個波形。目前市場上大部分示波器在常規(guī)測量模式下面的波形捕獲率都在幾百次的量級，R&S公司最新的RTO系列示波器在同等條件下可以實現(xiàn)最高1，000，000次的波形捕獲率，死區(qū)時間比可以降低到90%一下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高出其他示波器。有些帶寬≤1G的示波器在其最高采樣率下，可以達(dá)到50，000次/秒的波形捕獲率，其死區(qū)時間比也高達(dá)99.5%以上。

　　死區(qū)時間和波形捕獲率對測量結(jié)果的影響

　　很多工程師在硬件調(diào)試過程中可能遇會到過這樣的情形：在調(diào)試的后期階段，電路板主要器件的焊接基本完成，在進(jìn)行功能驗證過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)一運行沒多久就會出故障，但是通過示波器查看關(guān)鍵的時鐘和使能信號都“沒有問題”，最終將故障原因定為在軟件原因，然后逐行檢查代碼，進(jìn)行軟件優(yōu)化?，F(xiàn)在已經(jīng)對示波器的死區(qū)時間已經(jīng)有了清晰的認(rèn)識，對于上面的情形還有一種可能就是示波器漏掉了導(dǎo)致系統(tǒng)故障的偶發(fā)信號，圖4可以很形象的說明這一問題：

　　圖4：示波器死區(qū)時間導(dǎo)致丟失關(guān)鍵偶發(fā)信號。

　　由于示波器死區(qū)時間的存在，導(dǎo)致示波器可能漏掉關(guān)鍵的異常信號，而給用戶顯示一個帶有欺騙性的結(jié)果，最終誤導(dǎo)用戶的判斷，會大大延長調(diào)試時間，降低調(diào)試效率。

　　根據(jù)公式1，如果波形捕獲時間（即，樣本數(shù)×分辨率，或10×水平刻度）、波形捕獲率和信號事件發(fā)生速率（例如脈沖干擾的重復(fù)速率）均已確定，那么增加測量時間，會加大捕獲并顯示信號事件的概率：

　　公式1：

　　P：捕獲偶發(fā)重復(fù)信號事件的概率［單位是%］

　　GlitchRate：信號故障頻率（例如，重復(fù)脈沖干擾）［單位是1/s］

　　T：有效捕獲時間或波形顯示時間（記錄長度/采樣速率，或記錄長度×分辨率，或10×時間量程/格）［單位是s］

　　AcqRate：波形捕獲率［單位是wfms/s］

　　Tmeasure：測量時間［單位是s］

　　如果知道概率，對公式1進(jìn)行變換，可以計算捕獲該偶發(fā)信號所需時間：

　　公式2：

　　假定某個信號帶一個有每秒重復(fù)10次的異常。該信號本身以數(shù)據(jù)形式顯示在示波器上，所采用的水平刻度為10ns/div。如果所用顯示屏有10個水平格，則可以計算100ns的有效捕獲時間。為了確保捕獲所需信號事件的置信度較高，需要使用99.9%的概率?，F(xiàn)在，所需的測試時間取決于示波器的波形捕獲率。下表統(tǒng)計了幾種不同的波形捕獲率所對應(yīng)的所需測試時間。

　　表1：在概率為99.9%（T=100ns，GlitchRate=10/s）的條件下，捕獲重復(fù)異常信號所需時間。

　　雖然R&S的RTO系列示波器在該條件下的死區(qū)時間比還有接近90%左右，但是相比于其他死去時間比在99.5%以上的示波器，其發(fā)現(xiàn)偶發(fā)異常信號能力確是成數(shù)量級的上升，可以幫助工程師極大的提高調(diào)試效率。試問：有幾位工程師在檢查每一個信號時可以在示波器上看超過7秒鐘時間呢？

　　前面也提到，波形捕獲率和水平刻度、記錄長度、采樣率的設(shè)置都有關(guān)系，在實際測量中，如何根據(jù)實際的被測信號在這些參數(shù)設(shè)置中找到一個平衡點，以最高的捕獲概率查看波形，提高調(diào)試效率，這是工程師在數(shù)字示波器使用過程中需要考慮的問題，這一部分會在以后文章中專門討論。