前言
　　數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而影響測(cè)試任務(wù)。 區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬
　　帶寬是示波器較為重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。廠家聲稱(chēng)示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說(shuō)TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差。 有關(guān)采樣速率
　　采樣速率也稱(chēng)為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
　　1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象
　　如果示波器的輸人信號(hào)為一個(gè)100KHz的正弦信號(hào)，示波器顯示的信號(hào)頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍?，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號(hào)的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定。混迭的產(chǎn)生如圖1所示。那么，對(duì)于一個(gè)未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過(guò)慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩(wěn)定下來(lái)，也說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號(hào)高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號(hào)，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生：
　　·調(diào)整掃速；
　　·采用自動(dòng)設(shè)置（Autoset）；
　　·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測(cè)方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測(cè)方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測(cè)到較快的信號(hào)變化。
　　·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類(lèi)似于用模擬示波器顯示的波形。
　　2.采樣速率與t/div的關(guān)系
　　每臺(tái)數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個(gè)定值。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div，采樣速率fs由下式給出：
　　　　　　fs=N/(t/div)　　　　　　　N為每格采樣點(diǎn)
　　當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：
表1掃速與采樣速率
t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25
　　綜上所述，使用數(shù)字示波器時(shí)，為了避免混迭，掃速檔可以置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則可以置于主掃速較慢的位置。
數(shù)字示波器的上升時(shí)間
　　在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測(cè)量方法的原因，以致于自動(dòng)測(cè)量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時(shí)間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測(cè)量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù)：
表2掃速與上升時(shí)間 t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216
　　由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數(shù)字示波器測(cè)量出來(lái)的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無(wú)關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測(cè)出的時(shí)間來(lái)反推出信號(hào)的上升時(shí)間。 一、模擬和數(shù)字，各有千秋

廿世紀(jì)四十年代是電子示波器興起的時(shí)代，雷達(dá)和電視的開(kāi)發(fā)需要性能良好的波形觀察工具，帶寬100MHz的同步示波器開(kāi)發(fā)成功，這是近代示波器的基礎(chǔ)。五十年代半導(dǎo)體和電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，促進(jìn)電子示波器的帶寬達(dá)到100MHz。六十年代美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)在電子示波器開(kāi)發(fā)方面各有不同的貢獻(xiàn)，出現(xiàn)帶寬6GHz的取樣示波器、帶寬6GHz的多功能插件式示波器標(biāo)志著當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的高水平，為測(cè)試數(shù)字電路又增添邏輯示波器和數(shù)字波形記錄器。模擬示波器從此沒(méi)有更大的進(jìn)展，開(kāi)始讓位于數(shù)字示波器，英國(guó)和法國(guó)甚至退出示波器市場(chǎng)，技術(shù)以美國(guó)比較好，中低檔產(chǎn)品由日本生產(chǎn)。

模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進(jìn)。數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對(duì)示波管和掃描電路沒(méi)有特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲(chǔ)和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。廿世紀(jì)八十年代數(shù)字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢(shì)，模擬示波器的確從前臺(tái)退到后臺(tái)。

但是模擬示波器的某些特點(diǎn)，卻是數(shù)字示波器所不具備的：

操作簡(jiǎn)單——全部操作都在面板上，波形反應(yīng)及時(shí)，數(shù)字示波器往往要較長(zhǎng)處理時(shí)間。
垂直分辨率高——連續(xù)而且無(wú)限級(jí)，數(shù)字示波器分辨率一般只有8位至10位。
數(shù)據(jù)更新快——每秒捕捉幾十萬(wàn)波形，數(shù)字示波器每秒捕捉幾十個(gè)波形。
實(shí)時(shí)帶寬和實(shí)時(shí)顯示——連續(xù)波形與單次波形的帶寬相同，數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時(shí)需借助內(nèi)插計(jì)算，容易出現(xiàn)混淆波形。

簡(jiǎn)而言之，模擬示波器為工程技術(shù)人員提供眼見(jiàn)為實(shí)的波形，在規(guī)定的帶寬內(nèi)可非常放心進(jìn)行測(cè)試。人類(lèi)五官中眼睛視覺(jué)十分靈敏，屏幕波形瞬間反映至大腦作出判斷，微細(xì)變化都可感知。因此，模擬示波器深受使用者的歡迎。

二、數(shù)字示波器獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷

八十年代的數(shù)字示波器處在轉(zhuǎn)型階段，還有不少地方要改進(jìn)，美國(guó)的TEK公司和HP公司都對(duì)數(shù)字示波器的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。它們后來(lái)甚至停產(chǎn)模擬示波器，并且只生產(chǎn)性能好的數(shù)字示波器。進(jìn)入九十年代，數(shù)字示波器除了提高帶寬到1GHz以上，更重要的是它的全面性能超越模擬示波器。出現(xiàn)所謂數(shù)字示波器模擬化的現(xiàn)象，換句話說(shuō)，盡量吸收模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)字示波器更好用。

數(shù)字示波器首先在取樣率上提高，從最初取樣率等于兩倍帶寬，提高至五倍甚至十倍，相應(yīng)對(duì)正弦波取樣引入的失真也從100%降低至3%甚至1%。帶寬1GHz的取樣率就是5GHz，甚至10GHz。

其次，提高數(shù)字示波器的更新率，達(dá)到模擬示波器相同的水平，最高可達(dá)每秒40萬(wàn)個(gè)波形，對(duì)觀察偶發(fā)信號(hào)和捕捉毛刺脈沖就方便多了。

再次，采用多處理器加快信號(hào)處理能力，從多重菜單的煩瑣測(cè)量參數(shù)調(diào)節(jié)，改進(jìn)為簡(jiǎn)單的旋鈕調(diào)節(jié)，甚至完全自動(dòng)測(cè)量，使用上與模擬示波器同樣方便。

最后，數(shù)字示波器與模擬示波器一樣具有屏幕的余輝方式顯示，賦于波形的三維狀態(tài)，即顯示出信號(hào)的幅值、時(shí)間以及幅值在時(shí)間上的分布。具有這種功能的數(shù)字示波器稱(chēng)為數(shù)字熒光示波器或數(shù)字余輝示波器。

三、數(shù)字示波器要有模擬功能

模擬示波器用陰極射線示波管顯示波形，示波管的帶寬與模擬示波器的相同，亦即示波管內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)速度與信號(hào)頻率成正比，信號(hào)頻率越高電子速度越快，示波管屏幕的亮度與電子束的速度成反比，低頻波形的高度高，高頻波形的高度低。利用熒光屏的亮度或灰度容易獲得信號(hào)的第三維信息，如用屏幕垂直軸表示幅度，水平軸表示時(shí)間，則屏幕亮度可表示信號(hào)幅度隨時(shí)間分布的變化。這種與時(shí)間有關(guān)的熒光余輝（灰度定標(biāo)）效應(yīng)對(duì)觀察混合波形和偶發(fā)波形十分有效。模擬存儲(chǔ)示波器就是這種專(zhuān)用示波器的代表產(chǎn)品，最高的性能達(dá)到800MHz帶寬，可記錄到1ns左右的快速瞬變偶發(fā)事件。

數(shù)字示波器缺少余輝顯示功能，因?yàn)樗菙?shù)字處理，只有兩個(gè)狀態(tài)，非高即低，原則上波形也是“有”和“無(wú)”兩個(gè)顯示。為達(dá)到模擬示波器那樣的多層次亮度變化，必需采用專(zhuān)用圖像處理芯片，例如TEK公司采用DPX型處理器芯片，具有數(shù)據(jù)采集、圖像處理和存儲(chǔ)等多項(xiàng)功能，DPX芯片由130萬(wàn)個(gè)晶體管組成，采用0.65um的CMOS工藝，并行流水結(jié)構(gòu)，取樣率2GS/s。它既是數(shù)據(jù)采集芯片，同時(shí)也是光柵掃描器，模擬示波管屏幕熒光體的發(fā)光特性，用16級(jí)亮度分級(jí)，將波形存儲(chǔ)在500*200像素的LCD單色或彩色顯示屏上，每0.33秒更新一次。由于模擬存儲(chǔ)示波器只能依靠照相底片記錄波形，對(duì)數(shù)據(jù)保存并不十分方便。例如用紅色表示出現(xiàn)機(jī)率最高的波形，蘭色表示出現(xiàn)機(jī)率最低的波形，達(dá)到一目了然。由于數(shù)字示波器已經(jīng)達(dá)到1GHz帶寬的水平，配合熒光顯示特性，總的性能優(yōu)于模擬存儲(chǔ)示波器。

四、數(shù)字熒光示器

去年著名電子示波器制造商TEK公司首先推出數(shù)字熒光示波器兩種系列TDS500（單色）和TDS700（彩色），具有500MHz-2GHz帶寬，取樣率最高2GHz，較多4通道輸入，屬于中高檔數(shù)字示波器，價(jià)位在10,000美元以上。今年生產(chǎn)一種TDS3000系列數(shù)字熒光示波器，起價(jià)只3,000美元，帶寬500MHz ,取樣率最高5GS/s，受到用戶的歡迎。另一家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)數(shù)字示波器的LeCroy公司，今年也推出一種數(shù)字余輝示波器，名稱(chēng)雖有別于數(shù)字熒光示波器，它們的功能實(shí)際上是相同的。Waverunner系列的帶寬500MHz，取樣率500MS/s，較多4通道輸入，起價(jià)5,999美元。

以下較詳細(xì)介紹這兩種系列數(shù)字示波器的特點(diǎn):

普通數(shù)字示波器要觀察偶發(fā)事件需要使用長(zhǎng)時(shí)間記錄，然后作信號(hào)處理，這種辦法會(huì)漏掉非周期性出現(xiàn)的信號(hào)和不能顯示信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性。數(shù)字熒光示波器能夠顯示復(fù)雜波形中的微細(xì)差別，以及出現(xiàn)的頻繁程度。例如觀察電視信號(hào)，既有行掃描、幀掃描、視頻信號(hào)和伴音信號(hào)，還要記錄電視信號(hào)中的異?，F(xiàn)象，對(duì)于專(zhuān)業(yè)人員和維修人員都是同樣重要的。

TEK公司的TDS3000數(shù)字熒光示波器提供多種測(cè)試模塊，可以從前面板右上角插入四種模塊。例如觸發(fā)模塊可作邏輯狀態(tài)、邏輯圖形觸發(fā)，以及脈沖參數(shù)（上升、下降邊，寬度、周期等）；電視模塊專(zhuān)用于多種制式的（NTCS、PAL和SECAM）波形記錄；快速傅里葉變換（FFT）模塊可快速顯示信號(hào)的頻率成分和頻譜分布，既可分析脈沖響應(yīng)，亦可分析諧波分布，并且識(shí)別和定位噪聲和干擾來(lái)源。 TDS3000系列示波器是便攜式的，重量不到7磅，可由電池供電，特別適于現(xiàn)場(chǎng)使用。

LeCroy公司的Waverunner系列數(shù)字余輝示波器的余輝時(shí)間常數(shù)是可以改變的，因此在使用上與模擬存儲(chǔ)示波器非常相似。它的抖動(dòng)和定時(shí)分析（JTA）軟件包可對(duì)屏幕顯示的信號(hào)作定量分析，例如，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后可在脈沖抖動(dòng)的波形下面劃出亮線，亮線長(zhǎng)度表示抖動(dòng)范圍，最亮部分表示經(jīng)常出現(xiàn)的抖動(dòng)區(qū)。積累波形數(shù)目達(dá)10萬(wàn)個(gè)，結(jié)果可繪制成直方圖。

Waverunner示波器還有兩種測(cè)試用軟件包：數(shù)字和測(cè)量軟件包，波形分析軟件包。前者可自動(dòng)測(cè)量和分析40種常用參數(shù)（如脈沖上升、下降時(shí)間，最大、最小值，偏差值等），預(yù)測(cè)某種參數(shù)的趨勢(shì)（如測(cè)量IC的傳輸延時(shí)的變動(dòng)范圍）。后者包括FFT分析，較多可達(dá)10(6)點(diǎn)的記錄長(zhǎng)度；高分辨率方式；包絡(luò)方式；模板測(cè)試；合格/不合格測(cè)試等。各種測(cè)試結(jié)果均利用彩色顯示器的不同顏色不同亮度表示結(jié)果，真正讓使用者的視覺(jué)獲得迅速的反應(yīng)，充分發(fā)揮余輝灰度的三維效應(yīng)。

數(shù)字示波器的優(yōu)缺點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)

　　數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來(lái)的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級(jí)菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的保存和處理。下面小編就給大家具體介紹一下它的優(yōu)缺點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)吧！

　　數(shù)字示波器的優(yōu)缺點(diǎn)：　　優(yōu)點(diǎn)：　　1、體積小、重量輕，便于攜帶，液晶顯示器?！　?、可以長(zhǎng)期貯存波形，并可以對(duì)存儲(chǔ)的波形進(jìn)行放大等多種操作和分析?！　?、特別適合測(cè)量單次和低頻信號(hào)，測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)沒(méi)有模擬示波器的閃爍現(xiàn)象?！　?、更多的觸發(fā)方式，除了模擬示波器不具備的預(yù)觸發(fā)，還有邏輯觸發(fā)、脈沖寬度觸發(fā)等?！　?、可以通過(guò)GPIB、RS232、USB接口同計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀連接，可以打印、存檔、分析文件?！　?、有強(qiáng)大的波形處理能力，能自動(dòng)測(cè)量頻率、上升時(shí)間、脈沖寬度等很多參數(shù)?！　∪秉c(diǎn)：　　1、失真比較大，由于數(shù)字示波器是通過(guò)對(duì)波形采樣來(lái)顯示，采樣點(diǎn)數(shù)越少失真越大，通常在水平方向有512個(gè)采樣點(diǎn)，受到最大采樣速率的限制，在較快掃描速度及其附近采樣點(diǎn)更少，因此高速時(shí)失真更大?！　?、測(cè)量復(fù)雜信號(hào)能力差，由于數(shù)字示波器的采樣點(diǎn)數(shù)有限以及沒(méi)有亮度的變化，使得很多波形細(xì)節(jié)信息無(wú)法顯示出來(lái)，雖然有些可能具有兩個(gè)或多個(gè)亮度層次，但這只是相對(duì)意義上的區(qū)別，再加上示波器有限的顯示分辨率，使它仍然不能重現(xiàn)模擬顯示的效果。　　3、可能出現(xiàn)假象和混淆波形，當(dāng)采樣時(shí)鐘頻率低于信號(hào)頻率時(shí)，顯示出的波形可能不是實(shí)際的頻率和幅值。數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時(shí)需借助內(nèi)插計(jì)算，容易出現(xiàn)混淆波形?！　?i>數(shù)字示波器的使用注意事項(xiàng)：　　1、使用時(shí)通常要求被測(cè)量設(shè)備和測(cè)量設(shè)備都應(yīng)可靠連接參考地，若不能滿足條件時(shí)應(yīng)使用隔離系統(tǒng)做好良好的隔離后才能進(jìn)行測(cè)量，例如：可使用隔離變壓器，示波器可使用電池供電，使用隔離探頭等等?！　?、通常數(shù)字示波器配合探頭使用時(shí)，只能測(cè)量(被測(cè)信號(hào)到信號(hào)地就是大地)信號(hào)端輸出幅度小于300VCATII信號(hào)的波形。絕對(duì)不能測(cè)量市電AC220V或與市電AC220V不能隔離的電子設(shè)備的浮地信號(hào)。　　3、通用示波器的外殼，信號(hào)輸入端BNC插座金屬外圈，探頭接地線，AC220V電源插座接地線端都是相通的。如果儀器在使用時(shí)不接大地線，直接用探頭對(duì)浮地信號(hào)測(cè)量，那么儀器相對(duì)大地會(huì)產(chǎn)生一定的電位差；電壓值等于探頭接地線接觸被測(cè)設(shè)備點(diǎn)與大地之間的電位差。這對(duì)儀器操作人員、示波器、被測(cè)電子設(shè)備都將帶來(lái)嚴(yán)重的安全威脅?！　?、用戶如須測(cè)量與市電AC220V不能隔離的電子設(shè)備進(jìn)行浮地信號(hào)測(cè)試時(shí)，必須用高壓隔離差分探頭或示波器必須使用電池供電。

標(biāo)簽: 數(shù)字示波器

數(shù)字示波器 數(shù)字示波器的優(yōu)缺點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)_數(shù)字示波器

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