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技術(shù)文章

數(shù)字示波器的優(yōu)勢
 
       說到數(shù)字示波器的發(fā)展，但是它是如何快速俘獲工程師們的“芳心”呢？
       數(shù)字示波器首先在采樣率上提高，從*初的采樣率等于兩倍帶寬，提高至四五倍甚至十倍。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣率是信號頻率兩倍的時候剛好能夠還原被采樣信號，但是這僅僅只能針對正弦波采樣，在工程上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。提高采樣率就相當(dāng)于將失真大大降低，能夠達(dá)到至3%甚至1%。帶寬1GHz的數(shù)字示波器的采樣率就*少需要4GSa/s，甚至10GSa/s。
      其次，泰克率先開始提高數(shù)字示波器的更新率，也就是波形刷新率，達(dá)到接近模擬示波器的水平，*高可達(dá)每秒40萬個波形，使觀察偶發(fā)信號和捕捉毛刺脈沖的能力大為增強。目前安捷倫科技能夠達(dá)到100萬個波形每秒。
      再次，采用多處理器加快信號處理能力，從多重菜單的煩瑣測量參數(shù)調(diào)節(jié)，改進(jìn)為簡單的旋鈕調(diào)節(jié)，甚至完全自動測量，使用上與模擬示波器同樣方便。
      *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)，即顯示出信號的幅值、時間以及幅值在時間上的分布。具有這種功能的數(shù)字示波器稱為數(shù)字熒光示波器，具備模擬示波器和數(shù)字示波器的共同優(yōu)點，是當(dāng)前示波器發(fā)展的趨勢。
      目前國內(nèi)數(shù)字示波器制造商，諸如鼎陽、普源、固緯、安泰信、優(yōu)利德、OWON、綠楊等都還是以數(shù)字儲存示波器為主，極少廠商能夠設(shè)計出性能滿足的熒光示波器。接下來分別講解一下數(shù)字儲存示波器和數(shù)字熒光示波器。
      一、數(shù)字儲存示波器
      顧名思義，通過數(shù)字電子技術(shù)進(jìn)行信號采集和數(shù)據(jù)儲存處理。
      數(shù)字儲存示波器用過模擬前端將探頭導(dǎo)入的信號進(jìn)行采集，通過ADC轉(zhuǎn)為二進(jìn)制代碼儲存到儲存器中。在這個階段之前有一個電路能夠?qū)⑿盘栆环譃槎?，一路進(jìn)入采集系統(tǒng)，一路進(jìn)入觸發(fā)系統(tǒng)，這就是典型的模擬觸發(fā)，目前市場上的大部分?jǐn)?shù)字示波器都是采用的這種模擬觸發(fā)方式，這種方式簡單但是容易受到模擬器件靜態(tài)工作點的影響，諸如溫飄等現(xiàn)象。另外一種就是通過轉(zhuǎn)換后的數(shù)字進(jìn)行觸發(fā)，這種觸發(fā)抖動小，觸發(fā)點**，大致在一個像素點左右，這就是目前流行的數(shù)字觸發(fā)技術(shù)。在通過模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，系統(tǒng)開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括測量、計算和顯示，這個過程由于受限于目前處理器的運行速度，導(dǎo)致處理時間過長，大量ADC采集的數(shù)據(jù)丟失，這也就是死區(qū)時間產(chǎn)生的重要原因。
       數(shù)字示波器均沒有輝度顯示功能，因為只能在信號的幅度和時間兩個維度上顯示，區(qū)別于傳統(tǒng)模擬示波器的是他強大的分析，儲存，運算等功能，同事數(shù)字示波器的集成度較高，體積重量都能夠做到很小，甚至有口袋示波器，和普通手機差不多大小，能夠大大節(jié)約桌面空間。這些功能就足以俘獲大量工程師的芳心了。
      二、數(shù)字熒光示波器
      數(shù)字熒光示波器DPO（DigitalphosphorOscillosc opes）是Tektronix公司率先推出的一種示波器平臺，目前國內(nèi)外很多廠商都紛紛出了自己的數(shù)字熒光示波器，像美國力科的就叫HDO（High Definition Oscilloscopes），國內(nèi)鼎陽的SPO（Super Phosphor Oscilloscope）等，它具有數(shù)字儲存示波器DSO（DigitalStorageOscillosco pes）的各種傳統(tǒng)優(yōu)點，從數(shù)據(jù)儲存到先進(jìn)的觸發(fā)功能，樣樣俱全，同時，它也具有模擬實時示波器ART（AnalyzedRealTime）的明暗顯示和實時特性，能以數(shù)字形式產(chǎn)生顯示效果優(yōu)于模擬示波器CRT（CathodeRayTube）的亮度漸次變化的化學(xué)熒光效果。
      DPO在示波器技術(shù)上有了新的突破，能夠?qū)崟r顯示、儲存和分析復(fù)雜信號，利用三維信息（振幅、時間性及多層次輝度，用不同的輝度顯示幅度分量出現(xiàn)的頻率）充分展現(xiàn)信號的特征，尤其采用的數(shù)字熒光技術(shù)，通過多層次輝度或彩色能夠顯示長時間內(nèi)信號的變化情史。
      DSO的自動測量和波形儲存功能曾令許多工程師尺嘆不已，但人們不久就發(fā)現(xiàn)DSO在測量具有低頻調(diào)制的高頻信號時，由于其無法克服的混疊失真問題，其謬之千里的顯示結(jié)果又讓人想到ART示波器的好處。
      DPO不僅具有ART示波器的實時明暗度無混疊顯示能力，而且有DSO的自動測量及波形儲存功能，在避免二者不足方面，還有很大的改進(jìn)。主要表現(xiàn)在：
    （1）快速波形捕獲速率和超強顯示能力
      數(shù)字熒光顯示技術(shù)的應(yīng)用使DPO能以不同的灰度或色彩同時顯示信號的多幅圖像。其信號數(shù)據(jù)比一般的DSO多1000倍，每秒鐘可捕獲110,000個波形，這種快速波形捕獲速率結(jié)合高超的顯示能力，使SPO具有分析信號任何細(xì)節(jié)的性能。同時具有256級輝度顯示，能夠通過明暗程度來顯示偶發(fā)的毛刺信號，還有諸如色溫顯示等功能，能夠更加方便的用于分析觀察。
     （2）連續(xù)高速采樣能力
      通常DSO因處理顯示數(shù)據(jù)在顯示兩幅波形之間有8ms的停滯時間，而DPO能始終以*高采樣率對幾十萬幅波形連續(xù)采樣，克服了其它示波器存在的停滯進(jìn)間問題。DPO的采樣率一般在2GSa/s以上，如此高的采樣率允許示波器有更大的帶寬。
     （3）硬件實現(xiàn)的數(shù)字觸發(fā)和智能觸發(fā)
      SPO采用的是FPGA直接運用ADC轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析觸發(fā)，能夠有效地提高觸發(fā)精度和解決溫飄等問題，能夠大大減小波形的抖動，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)雜的智能觸發(fā)。這些優(yōu)勢讓數(shù)字熒光示波器成為了數(shù)字示波器的發(fā)展趨勢，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對示波器的要求越來越高，相信數(shù)字示波器將會朝著更加智能，更加多功能的方向發(fā)展。

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