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模拟示波器与数字示波器

来自: 轮廓仪 · 英昊达 2016-6-16

 示波器是观察波形的窗口,它让设计人员或维修人员详细看见电子波形,达到眼见为实的效果。因为人眼是最灵敏的视觉器官,可以明察秋毫之末,极为迅速地反映物体至大脑,作出比较和判断。因此,示波器亦誉为波形多用表。 
  
早期示波器只显示电压随时间的变化,作定性的观察。随后,改进的示波器具备定量的功能,测量幅度和时间,以及它们的变化情况。同时,为了记录和比较偶发事件,要借助照相机和示波管的长余辉效应。 
  
模拟示波器的频率特性由垂直放大器和阴极示波管来决定。八十年代示波器引入数字处理和微处理器,出现数字示波器,现在把模拟示波器称为模拟实时示波器( ART ),数字示波器称为数字存储示波器( DSO )。 
  
ART 需要与带宽相适应的放大器和阴极射线示波管,随着频率的提高,对阴极射线示波管的工艺要求严格,成本增加,存并瓶颈。 DSO 只要与带宽相适应的高速 A/D 转换器,其它存储器和 D/A 转换器以及显示器都是较低速成的部件,显示器可用 LCD 平面阵列和彩色屏幕。 
  
DSO 采用微处理器作控制和数据处理,使 DSO 具有超前触发、组合触发、毛刺捕捉、波形处理、硬拷贝输出、软盘记录、长时间波形存储等 ART 所不具备的功能,目前 DSO 的带宽也超过 1GHz ,在许多方面都超过 ART 的性能。 
  
DSO 也有不足之处,带宽取决于取样率,比较通用的取样率等于带宽的 4 倍。复现的波形靠内插算法补齐,波形会有失真; A/D 转换速度快,但 D/A 转换速度慢,故波形更新率低,偶发信号会被遗漏;垂直分辨率一般用 8 位,显然较低;面板旋钮多,菜单复杂,使用不方便;没有亮度调制,观察不到三维图形;波形存储容量不够,无法对波形进行处理等等。 
  目前 DSO 的不足之处已基本被克服,但是并非全部良好性能都体现在同一部示波器内,亦即每部 DSO 都会有一定特点,也有某些不足,在选择型号时应该留意对比。有些型号的 DSO 具有与 ART 一样的波形更新率,有些型号的 DSO 却没有,有一种 DSO 具有 ART 的荧光屏三维图形显示能力,而大部分 DSO 不具备这种性能。大部分 DSO 实时带宽与单次带宽相同,但也有只保证实时带宽的 DSO 。
  
前述 DSO 都包含 A/D 转换器和微处理器。这样一来,在 PC 机增加插卡亦可构成 DSO ,但一般取样率较低,功能较少,价格也便宜。还有采用 VXI 总线的 DSO 模块,以及机架式的 DSO 插件。 
  
DSO 的存储器是示波器部件中仅次于 A/D 转换器的元件,它保存被测信号的样品,供后续的 D/A 转换器把波形复原,现在存储容量可达到 1M 以上。 
  
普通 DSO 有 8 位垂直分辨率,即每次扫描有 256 个样品,需要 256 点的存储,相当 256 字节。如果提高分辨率,将水平轴扩大 10 倍,则相当 20K  字节;垂直轴亦扩大 10 倍,相当 40K 字节。由此可见, DSO 最少应有 2K 字节,中等的 DSO 应有 40K  字节以上。如果要记录 10 倍上述的波形,则起码要 400K  字节以上。因此,存储容量大小很重要。 
  
反过来,存储容量也影响到扫描速度,例如每扫迹只有 50K 点的存储器,记录 100μs 数据,则取样间距是 2ns, 此时取样率相当 500MS/s ,以取样率等于 4 倍带宽计算 , 实时带宽等于 125MHz 。显然 , 如果需要提高取样率至 1000MS/s, 则记录 100μs 的数据 , 需要 100K 点的存储器。 
  
为了存储一幅完整的图形 , 设图素是 1024×512= 0.5M 位 , 四幅图形 , 要有 2M 位存储量 . 在 FFT 分析中也需要额外的存储量 , 将新的波形的分量与参考的波形或存储的波形作对比 . 为便于波形存储 , 有些 DSO 还提供软盘或硬盘作数据记录之用。 
  
更详细的指标请与生产厂索取技术指标 , 根据用途和经费作全面对比 , 进行咨询 , 以便购买到既经济又适用的示波器。

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