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數字示波器(qi)原(yuan)理(li)及優缺點

日(ri)期(qi)：2012-07-22瀏覽(lan)：4464次(ci)

數字示波器(qi)原(yuan)理(li)及優缺點

數字示波器(qi)是數據采集(ji)，A/D轉換(huan)，軟件編(bian)程等(deng)壹(yi)系(xi)列的(de)技(ji)術(shu)制造出(chu)來(lai)的(de)高(gao)性能(neng)示波器(qi)。數字示波器(qi)壹般(ban)支持多級(ji)菜單(dan)，能(neng)提供(gong)給(gei)用戶(hu)多種(zhong)選擇，多種(zhong)分(fen)析功能(neng)。還(hai)有(you)壹些示波器(qi)可以提供(gong)存(cun)儲(chu)，實(shi)現(xian)對(dui)波形的(de)保存(cun)和處理(li)。目(mu)前(qian)數字示波器(qi)主要(yao)依(yi)靠美(mei)國技(ji)術(shu)，對(dui)於(yu)300MHz帶(dai)寬之(zhi)內(nei)的(de)示波器(qi)，目前(qian)國內(nei)品牌的(de)示波器(qi)在(zai)性能(neng)上已經可(ke)以和國外(wai)品牌(pai)抗衡(heng)，且(qie)具有明(ming)顯的(de)性(xing)價(jia)比(bi)優勢。

　　數字示波器(qi)因(yin)具有波形觸發(fa)、存(cun)儲(chu)、顯(xian)示、測量、波形數據分(fen)析處理(li)等(deng)*優點，其使用日(ri)益(yi)普及。由(you)於(yu)數字示波器(qi)與模(mo)擬(ni)示波器(qi)之(zhi)間存(cun)在(zai)較大(da)的(de)性(xing)能(neng)差(cha)異(yi)，如果使用不(bu)當，會產(chan)生較大(da)的(de)測(ce)量誤差(cha)，從而(er)影(ying)響(xiang)測試任務。

區(qu)分(fen)模擬(ni)帶(dai)寬和數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬

帶(dai)寬是示波器(qi)zui重要的(de)指(zhi)標之(zhi)壹(yi)。模擬示波器(qi)的(de)帶(dai)寬是壹(yi)個固定的(de)值，而數字示波器(qi)的(de)帶(dai)寬有模(mo)擬(ni)帶(dai)寬和數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬兩種(zhong)。數字示波器(qi)對重復信號(hao)采(cai)用順(shun)序采樣(yang)或(huo)隨機采樣(yang)技(ji)術(shu)所(suo)能(neng)達(da)到(dao)的(de)zui高(gao)帶(dai)寬為示波器(qi)的(de)數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬，數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬與zui高(gao)數字化頻(pin)率(lv)和波形重建(jian)技(ji)術(shu)因(yin)子K相關(guan)（數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬=zui高(gao)數字化速(su)率(lv)/K），壹般並(bing)不(bu)作為壹(yi)項(xiang)指標直(zhi)接給(gei)出(chu)。從(cong)兩種(zhong)帶(dai)寬的(de)定(ding)義(yi)可(ke)以看出(chu)，模(mo)擬帶(dai)寬只適合(he)重復周(zhou)期(qi)信號(hao)的(de)測(ce)量，而數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬則(ze)同時(shi)適合(he)重復信號(hao)和單次(ci)信號(hao)的(de)測(ce)量。廠家聲稱(cheng)示波器(qi)的(de)帶(dai)寬能(neng)達(da)到(dao)多少兆(zhao)，實(shi)際(ji)上指的(de)是(shi)模擬帶(dai)寬，數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬是要(yao)低於這(zhe)個值的(de)。例(li)如說TEK公司(si)的(de)TES520B的(de)帶(dai)寬為500MHz，實(shi)際(ji)上是指(zhi)其模擬帶(dai)寬為500MHz，而(er)zui高(gao)數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬只能(neng)達(da)到(dao)400MHz遠(yuan)低於模(mo)擬帶(dai)寬。所(suo)以在(zai)測量單次(ci)信號(hao)時(shi)，壹定要(yao)參(can)考(kao)數字示波器(qi)的(de)數字實(shi)時(shi)帶(dai)寬，否則(ze)會(hui)給(gei)測量帶(dai)來(lai)意(yi)想(xiang)不到(dao)的(de)誤差(cha)。

有關(guan)采樣(yang)速(su)率(lv)

　　采樣速(su)率(lv)也(ye)稱(cheng)為數字化速(su)率(lv)，是指單位時(shi)間內(nei)，對(dui)模擬輸(shu)入(ru)信號(hao)的(de)采(cai)樣次(ci)數，常以MS/s表示。采樣速(su)率(lv)是數字示波器(qi)的(de)壹(yi)項重要指(zhi)標。　

1.如果采樣速(su)率(lv)不夠(gou)，容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)混(hun)叠(die)現(xian)象　　

如果示波器(qi)的(de)輸(shu)人信(xin)號(hao)為壹(yi)個100KHz的(de)正弦信(xin)號(hao)，示波器(qi)顯示的(de)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)卻(que)是(shi)50KHz，這是怎麽(me)回事(shi)呢？這是因(yin)為示波器(qi)的(de)采(cai)樣速(su)率(lv)太(tai)慢(man)，產(chan)生了(le)混(hun)叠(die)現(xian)象。混(hun)叠(die)就(jiu)是(shi)屏(ping)幕(mu)上顯示的(de)波形頻(pin)率(lv)低於信(xin)號(hao)的(de)實(shi)際(ji)頻(pin)率(lv)，或(huo)者即(ji)使(shi)示波器(qi)上的(de)觸發(fa)指示燈已經亮(liang)了(le)，而(er)顯(xian)示的(de)波形仍(reng)不(bu)穩(wen)定(ding)。混叠(die)的(de)產(chan)生如圖1所(suo)示。那麽，對於(yu)壹(yi)個未知(zhi)頻(pin)率(lv)的(de)波形，如何判斷(duan)所(suo)顯(xian)示的(de)波形是(shi)否(fou)已(yi)經產(chan)生混叠(die)呢(ne)？可以通過(guo)慢(man)慢(man)改(gai)變(bian)掃(sao)速(su)t/div到(dao)較快(kuai)的(de)時(shi)基(ji)檔，看(kan)波形的(de)頻(pin)率參數是否(fou)急(ji)劇(ju)改(gai)變(bian)，如果是，說明(ming)波形混(hun)叠(die)已(yi)經發(fa)生；或(huo)者晃(huang)動(dong)的(de)波形在(zai)某個較快(kuai)的(de)時(shi)基(ji)檔穩(wen)定(ding)下來(lai)，也(ye)說明(ming)波形混(hun)叠(die)已(yi)經發(fa)生。根(gen)據奈奎(kui)斯特定(ding)理(li)，采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)至少高(gao)於信(xin)號(hao)高(gao)頻成(cheng)分(fen)的(de)2倍(bei)才不會發(fa)生混(hun)叠，如壹個500MHz的(de)信(xin)號(hao)，至(zhi)少(shao)需要1GS/s的(de)采(cai)樣速(su)率(lv)。

有如下幾種(zhong)方法(fa)可以簡單(dan)地(di)防(fang)止混(hun)叠發(fa)生：　　

·調(tiao)整掃(sao)速(su)；　　

·采(cai)用自(zi)動(dong)設置(zhi)（Autoset）；　　

·試著將(jiang)收集(ji)方(fang)式(shi)切換(huan)到(dao)包(bao)絡(luo)方(fang)式(shi)或峰(feng)值檢測方式(shi)，因(yin)為包(bao)絡(luo)方式(shi)是在(zai)多個收集(ji)記(ji)錄(lu)中(zhong)尋(xun)找極(ji)值，而峰(feng)值檢測方式(shi)則(ze)是(shi)在(zai)單個收集(ji)記(ji)錄(lu)中(zhong)尋(xun)找zui大(da)zui小值，這兩種(zhong)方法(fa)都能(neng)檢(jian)測(ce)到(dao)較快(kuai)的(de)信(xin)號(hao)變(bian)化。　　

·如果示波器(qi)有Insta Vu采(cai)集(ji)方(fang)式(shi)，可以選用，因(yin)為這(zhe)種(zhong)方式(shi)采集(ji)波形速(su)度(du)快(kuai)，用這(zhe)種(zhong)方法(fa)顯示的(de)波形類(lei)似(si)於用模(mo)擬示波器(qi)顯示的(de)波形。　　

2.采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)與t/div的(de)關(guan)系　　

每(mei)臺(tai)數字示波器(qi)的(de)zui大(da)采樣速(su)率(lv)是壹個定值。但(dan)是，在(zai)任意(yi)壹個掃(sao)描(miao)時(shi)間t/div，采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)fs由(you)下(xia)式(shi)給(gei)出(chu)：　

　fs=N/（t/div）　 N為每(mei)格(ge)采(cai)樣(yang)點　　

當(dang)采樣點(dian)數N為壹(yi)定(ding)值時(shi)，fs與t/div成反(fan)比(bi)，掃(sao)速(su)越大，采樣速(su)率(lv)越低。

使用數字示波器(qi)時(shi)，為了(le)避(bi)免(mian)混叠，掃(sao)速(su)檔置(zhi)於掃(sao)速(su)較快(kuai)的(de)位(wei)置(zhi)。如果想(xiang)要捕(bu)捉(zhuo)到(dao)瞬(shun)息(xi)即(ji)逝(shi)的(de)毛刺(ci)，掃(sao)速(su)檔則(ze)置(zhi)於主掃(sao)速(su)較慢(man)的(de)位(wei)置(zhi)。

數字示波器(qi)的(de)上升時(shi)間

　在(zai)模擬(ni)示波器(qi)中，上升時(shi)間是(shi)示波器(qi)的(de)壹(yi)項極其重要的(de)指(zhi)標。而(er)在(zai)數字示波器(qi)中，上升時(shi)間甚(shen)至(zhi)都不作(zuo)為指(zhi)標明(ming)確(que)給(gei)出(chu)。由(you)於(yu)數字示波器(qi)測量方法(fa)的(de)原(yuan)因(yin)，以致於自(zi)動(dong)測量出(chu)的(de)上升時(shi)間不(bu)僅(jin)與采樣(yang)點(dian)的(de)位(wei)置(zhi)相關(guan)。雖然(ran)波形的(de)上升時(shi)間是(shi)壹(yi)個定值，而用數字示波器(qi)測量出(chu)來(lai)的(de)結(jie)果卻因(yin)為掃(sao)速(su)不(bu)同而相差(cha)甚遠(yuan)。模(mo)擬(ni)示波器(qi)的(de)上升時(shi)間與(yu)掃(sao)速(su)無(wu)關(guan)，而數字示波器(qi)的(de)上升時(shi)間不(bu)僅(jin)與掃(sao)速(su)有(you)關(guan)，還與(yu)采(cai)樣(yang)點的(de)位(wei)置(zhi)有關(guan)，使用數字示波器(qi)時(shi)，我(wo)們不能(neng)象用模(mo)擬示波器(qi)那樣(yang)，根(gen)據測出(chu)的(de)時(shi)間來(lai)反(fan)推(tui)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)上升時(shi)間。

數字示波器(qi)優缺點

優點

1.體積(ji)小、重量輕(qing)，便於攜帶(dai)，液(ye)晶顯(xian)示器(qi)　　

2.可以長期貯(zhu)存(cun)波形，並(bing)可(ke)以對存(cun)儲(chu)的(de)波形進(jin)行(xing)放(fang)大等多種(zhong)操作(zuo)和分(fen)析　　

3.特別(bie)適合(he)測(ce)量單次(ci)和低頻信(xin)號(hao)，測(ce)量低頻信(xin)號(hao)時(shi)沒有模(mo)擬(ni)示波器(qi)的(de)閃(shan)爍現(xian)象　　

4.更多的(de)觸發(fa)方式(shi)，除了(le)模(mo)擬(ni)示波器(qi)不具備(bei)的(de)預觸發(fa)，還有(you)邏(luo)輯觸發(fa)、脈(mai)沖寬度觸發(fa)等　　

5.可(ke)以通過(guo)GPIB、RS232、USB接口(kou)同計算(suan)機、打(da)印機、繪圖(tu)儀連(lian)接，可(ke)以打(da)印、存(cun)檔、分(fen)析文(wen)件　　

6.有(you)強(qiang)大(da)的(de)波形處(chu)理(li)能(neng)力(li)，能(neng)自(zi)動(dong)測量頻率、上升時(shi)間、脈(mai)沖寬度等(deng)很多參數

缺點(dian)

　　1.失(shi)真(zhen)比(bi)較大(da)，由(you)於(yu)數字示波器(qi)是通過(guo)對(dui)波形采(cai)樣(yang)來(lai)顯(xian)示，采樣點數越少失(shi)真(zhen)越大，通常(chang)在(zai)水(shui)平(ping)方(fang)向(xiang)有512個采樣(yang)點(dian)，受(shou)到(dao)zui大(da)采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)的(de)限(xian)制，在(zai)zui快(kuai)掃(sao)描(miao)速(su)度(du)及其附近采樣點更少，因(yin)此高(gao)速(su)時(shi)失(shi)真(zhen)更大。　　

2.測(ce)量復雜信(xin)號(hao)能(neng)力(li)差(cha)，由(you)於(yu)數字示波器(qi)的(de)采(cai)樣點數有限(xian)以及沒有(you)亮(liang)度(du)的(de)變(bian)化，使(shi)得(de)很多波形細(xi)節(jie)信(xin)息(xi)無(wu)法(fa)顯示出(chu)來(lai)，雖(sui)然(ran)有些可能(neng)具有兩(liang)個或多個亮(liang)度(du)層(ceng)次(ci)，但(dan)這只(zhi)是(shi)相對(dui)意(yi)義(yi)上的(de)區(qu)別(bie)，再加上示波器(qi)有限(xian)的(de)顯(xian)示分(fen)辨(bian)率(lv)，使(shi)它(ta)仍(reng)然不能(neng)重現(xian)模(mo)擬(ni)顯(xian)示的(de)效果。　　

3.可能(neng)出(chu)現(xian)假(jia)象和混淆(xiao)波形，當(dang)采(cai)樣(yang)時(shi)鐘(zhong)頻(pin)率(lv)低於信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)時(shi)，顯示出(chu)的(de)波形可(ke)能(neng)不(bu)是(shi)實(shi)際(ji)的(de)頻(pin)率和幅(fu)值。數字示波器(qi)的(de)帶(dai)寬與取(qu)樣(yang)率密切相關(guan)，取樣(yang)率(lv)不(bu)高(gao)時(shi)需借助(zhu)內(nei)插計算(suan)，容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)混(hun)淆(xiao)波形。

上壹篇：示波器(qi)有時(shi)捕(bu)獲不(bu)到(dao)波形

下(xia)壹(yi)篇：數字示波器(qi)使用中(zhong)常見問題

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