電子測量與儀器 第四章 時域測量-電子示波器2課件

1、4.6 數(shù)字存儲示波器 數(shù)字示波器，又稱數(shù)字存儲示波器(DSO, Digital Storage Osilloscope)。 數(shù)字存貯示波器采用數(shù)字電路，將輸入信號先經(jīng)過A/D變換器，將模擬波形變換成數(shù)字信息，存貯于數(shù)字存貯器中。需要顯示時，再從存貯器中讀出，通過D/A變換器，將數(shù)字信息變換成模擬波形顯示在示波管上，或是直接將數(shù)字信號顯示于LCD屏上。特點：A/D+RAM+D/A+CPU優(yōu)點：存貯時間長；能捕捉觸發(fā)前的信號；可與計算機相連接；可分析復雜的單次瞬變信號。儀器科學與工程系一、數(shù)字示波器的組成原理:（不同時期的DSO） 1、模擬+數(shù)字存儲示波器(早期)輸 入放大器A/DRAMD/A濾

2、波Y輸出放大器Y輸入示波管邏輯控制電路同步放大掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器能在數(shù)字、模擬兩種工作方式下工作。在Y通道中插入數(shù)字元件A/D、RAM、D/A，X通道仍產(chǎn)生鋸齒波。功能、性能受限制，靜電偏轉示波管帶寬有限。2、單處理器數(shù)字示波器 (較早前)能在數(shù)字、模擬兩種工作方式下工作取樣門與保持A/DI/Oui被測信號外觸發(fā)信號內D/AI/OD/AI/OX放大Y放大CRTX通道Y通道取樣通道RAMCPUROM其它命令GPIB組成：取樣通道、X通道、Y通道、示波管、CPU、GPIB。CPU控制采樣、存儲、讀出、顯示等，信息通道總線交換?？刂撇糠郑烘I盤+CPU+程序ROM。ROM內寫有儀器的工作程序，通過鍵

3、盤進行參數(shù)設定，測試等。采樣通道：模擬信號A/D數(shù)字信號存儲于RAM。此過程受CPU控制。讀出顯示：Y通道將RAM中的數(shù)字信號重新恢復成模擬信號；X通道產(chǎn)生階梯掃描電壓。X、Y通道同時加在示波管CRT上把波形沿水平方向展開。RAMRAM采樣 顯示X通道讀出采樣脈沖數(shù)字化思考：如何確定采樣頻率fs？按鍵接口接口選擇模擬控制CPUROMRAM微處理器總線收發(fā)器波 形存儲器波 形翻譯器視 頻RAM光柵掃描顯示器波形總線采 集處理器A/D跟蹤保持衰減器前置放大后置放大通道2A/D跟蹤保持衰減器前置放大后置放大通道1觸發(fā)比較器信號調整觸發(fā)選擇前置放大外觸發(fā)電源信號觸發(fā)電平HP54600 (三個處理器)L

4、eCroy(USA)3 測量與分析數(shù)字處理器&協(xié)處理器操作系統(tǒng)應用軟件RAM4 存儲可存儲軟盤IC存儲卡及硬盤連接到計算機打印機的數(shù)據(jù)總線2 顯示顯示顯示處理器1 采集ABC放大器輸入信號采 集 處理器觸發(fā)器突出了DSP及軟件功能欠采樣生成的混迭失真2、采樣方式實時采樣：滿足采樣定理，內插顯示(45)BW，不內插10BW。 高速A/D及RAM價格比較高，對于重復信號，以較低的采樣頻率獲得較高的采樣帶寬。隨機采樣：每個周期采集一定數(shù)量的樣點，經(jīng)多個周期的樣點恢復出波形。信號與采樣時鐘非同步，采樣觸發(fā)點與下一個采樣點的時間間隔是隨機的，信號為周期信號，每個周期的采樣，等效為對“同一波形”的(欠)采

5、樣。順序采樣：滿每一周期采一個樣點。所需要時間長，不能觀測單次信號(a) 實時采樣(b) 隨機采樣(c) 順序采樣一個周期第1采樣周期第2采樣周期第3采樣周期第4采樣周期第1采樣周期第2采樣周期第3采樣周期第n采樣周期1 3 41 3 4 2 1 3 41 3 4221 2 3n3、采樣速率采樣速率又稱數(shù)字化速率。描述方式： 單位時間內的采樣次數(shù)，20Msps 采樣頻率描述，20MHz 信息率描述，單位時間內儲存多少bit/byte. 160Mb/s 采樣速率可以提高DSO帶寬，但采集速率還受采集存儲器容量的限制。一般在不同掃描時，采樣速率是不一樣的，但存儲容量是相同的，如存儲10000點。+

6、_C3+_C1+_C2編碼器RRRR參考信號Ur輸入信號Vin比較器輸出并聯(lián)比較式A/D-最快的A/D轉換器缺點: 器件復雜, 需要2n個比較器.A/D1uiA/D2RAM1RAM2S組合輸出數(shù)據(jù)多個A/D交叉復用，可使采樣速率成倍提高.DDR: Double Data Rate5、采樣存儲器 速度要求：多個低速存儲器分時輪流寫入。要求精確定時。 數(shù)據(jù)更新：具有循環(huán)存儲功能。6、觸發(fā)功能 負延遲觸發(fā)：可以觀測觸發(fā)點之前的信號。 正延遲觸發(fā)：是指可以觀測觸發(fā)點以后的信號。 距離觸發(fā)點的延遲時間可以由程序設定。 負延遲在模擬示波器中無法實現(xiàn)。觸發(fā)點正延時負延時觸發(fā)點終止記錄負延時觸前發(fā)采樣存儲器結

7、構循環(huán)存儲觸發(fā)功能觸發(fā)后推進=總長-負延時N=L-M尖峰干擾設定時間窗觸發(fā)源：內觸發(fā)(各個通道皆可)，外觸發(fā)，電源觸發(fā)觸發(fā)模式：自動，正常，單次觸發(fā)類型：邊緣觸發(fā)，脈沖觸發(fā)，延遲觸發(fā)，毛刺觸發(fā)毛刺觸發(fā)用途：識別尖峰干擾7、采樣速率與記錄長度 采樣速率與記錄長度有以下關系： L(p)=fs(sps)S(t/div)10(div) 早期DSO，掃速與采樣速率聯(lián)動。（現(xiàn)在這樣的DSO也常用）。即改變A/D轉換速率。缺點：記錄長度太短，10000個點，不能完整記錄一個較復雜的信號。不便同時觀測快慢信號。如電視信號中含有快慢的波形(圖6.64) 。快掃，慢掃都不利。發(fā)展方向：增加記錄長度，設計超快、超長

8、的采集存儲器。 波形快速縮放技術 (波形顯示也是很有意思地)掃速與采樣速率聯(lián)動.BA掃速(t/div)采樣頻率(sps) 0.1us 1us 10us 100us 1ms 10ms 100ms 1000ms0.1K1K10K100K1M10M100M1G10G100G200M0.5us/div例：A的最高采樣率為1GS/s，存儲深度為1MB；B的最高采樣率為200MS/s，存儲深度為1KB。問當掃速從10ns/div變化到1000ms/div時，試計算采樣率的變化情況.8、有效比特分辨率 分辨率都較低，8bit，受信號頻率，存儲數(shù)據(jù)量，干擾等限制。三、波形顯示技術1、點顯示技術：用較少的點構成

9、波形：視覺混淆2、數(shù)據(jù)點內插技術 線性內插 正弦內插：專用于正弦信號3、有效存儲帶寬：正弦條件下，USB = fsmax / k. (單次帶寬) USB與采樣速率和波形重組方法有關4、顯示屏：CRT、LCD（光柵掃描）5、采樣速率（Sample Rate）：A/D的最高采樣速率，現(xiàn)代DSO可達20GS/s以上。 采樣速率fs，每格樣點數(shù) N/div，掃速 t/div fs=N/(t/div)6、記錄長度(存儲深度) ：7、掃速：t/div 1-2-5步進 (與校準信號比較得到誤差)8、水平分辨率：精密觸發(fā)內插器N, 分辨率1/Nfs9、觸發(fā)靈敏度：能夠觸發(fā)同步的最小信號幅度 觸發(fā)晃動：同步的良好程度五、基本功能