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技術(shù)文章

數(shù)字示波器的優(yōu)勢(shì)
 上次我們說(shuō)到了數(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(hào)頻率兩倍的時(shí)候剛好能夠還原被采樣信號(hào)，但是這僅僅只能針對(duì)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(kāi)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(wàn)個(gè)波形，使觀察偶發(fā)信號(hào)和捕捉毛刺脈沖的能力大為增強(qiáng)。目前安捷倫科技能夠達(dá)到100萬(wàn)個(gè)波形每秒。

      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。

      *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(diǎn)，是當(dāng)前示波器發(fā)展的趨勢(shì)。

      目前國(guó)內(nèi)數(shù)字示波器制造商，諸如鼎陽(yáng)、普源、固緯、安泰信、優(yōu)利德、OWON、綠楊等都還是以數(shù)字存儲(chǔ)示波器為主，極少?gòu)S商能夠設(shè)計(jì)出性能滿足的熒光示波器。接下來(lái)分別講解一下數(shù)字存儲(chǔ)示波器和數(shù)字熒光示波器。

一、數(shù)字存儲(chǔ)示波器
顧名思義，通過(guò)數(shù)字電子技術(shù)進(jìn)行信號(hào)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理。
      數(shù)字存儲(chǔ)示波器用過(guò)模擬前端將探頭導(dǎo)入的信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)ADC轉(zhuǎn)為二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。在這個(gè)階段之前有一個(gè)電路能夠?qū)⑿盘?hào)一分為二，一路進(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(chǎng)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(jiǎn)單但是容易受到模擬器件靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，諸如溫飄等現(xiàn)象。另外一種就是通過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字進(jìn)行觸發(fā)，這種觸發(fā)抖動(dòng)小，觸發(fā)點(diǎn)**，大致在一個(gè)像素點(diǎn)左右，這就是目前流行的數(shù)字觸發(fā)技術(shù)。在通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括測(cè)量、計(jì)算和顯示，這個(gè)過(guò)程由于受限于目前處理器的運(yùn)行速度，導(dǎo)致處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大量ADC采集的數(shù)據(jù)丟失，這也就是死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生的重要原因。

      數(shù)字示波器均沒(méi)有輝度顯示功能，因?yàn)橹荒茉谛盘?hào)的幅度和時(shí)間兩個(gè)維度上顯示，區(qū)別于傳統(tǒng)模擬示波器的是他強(qiáng)大的分析，存儲(chǔ)，運(yùn)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(jī)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(tái)，目前國(guó)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(guó)力科的就叫HDO（High Definition Oscilloscopes），國(guó)內(nèi)鼎陽(yáng)的SPO（Super Phosphor Oscilloscope）等，它具有數(shù)字存儲(chǔ)示波器DSO（DigitalStorageOscillosco pes）的各種傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到先進(jìn)的觸發(fā)功能，樣樣俱全，同時(shí)，它也具有模擬實(shí)時(shí)示波器ART（AnalyzedRealTime）的明暗顯示和實(shí)時(shí)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(shí)顯示、存儲(chǔ)和分析復(fù)雜信號(hào)，利用三維信息（振幅、時(shí)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(hào)的特征，尤其采用的數(shù)字熒光技術(shù)，通過(guò)多層次輝度或彩色能夠顯示長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)信號(hào)的變化情史。

      DSO的自動(dòng)測(cè)量和波形存儲(chǔ)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(cè)量具有低頻調(diào)制的高頻信號(hào)時(shí)，由于其無(wú)法克服的混疊失真問(wèn)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(shí)時(shí)明暗度無(wú)混疊顯示能力，而且有DSO的自動(dòng)測(cè)量及波形存儲(chǔ)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(qiáng)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(shí)顯示信號(hào)的多幅圖像。例如深圳鼎陽(yáng)的SPO每秒鐘表可記錄40,000幅波形，其信號(hào)數(shù)據(jù)比一般的DSO多1000倍，每秒鐘可捕獲110,000個(gè)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(hào)任何細(xì)節(jié)的性能。同時(shí)具有256級(jí)輝度顯示，能夠通過(guò)明暗程度來(lái)顯示偶發(fā)的毛刺信號(hào)，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(shí)間，而DPO能始終以*高采樣率對(duì)幾十萬(wàn)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(wèn)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(shí)現(xiàn)的數(shù)字觸發(fā)和智能觸發(fā)
SPO采用的是FPGA直接運(yùn)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(wèn)題，能夠大大減小波形的抖動(dòng)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)雜的智能觸發(fā)。
這些優(yōu)勢(shì)讓數(shù)字熒光示波器成為了數(shù)字示波器的發(fā)展趨勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)示波器的要求越來(lái)越高，相信數(shù)字示波器將會(huì)朝著更加智能，更加多功能的方向發(fā)展。

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