模拟示波器要提高带宽,需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能,对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理,以及多种触发和预前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起,成果累累,大有全面取代模拟示波器之势,模拟示波器逐渐从前台退到后台。
模拟示波器用阴极射线管显示波形,示波管的带宽与模拟示波器的相同,亦即示波管内电子运动速度与信号频率成正比,信号频率越高电子速度越快,示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比,低频波形的亮度高,高频波形的亮度低。利用荧光屏幕的亮度或灰度容易获得信号的第三维信息,如用屏幕垂直轴表示幅度,水平轴表示时间,则屏幕亮度可表示信号幅度随时间分布的变化。这种与时间有关的荧光余辉(灰度定标)效应对观察混合波形和偶发波形十分有效,模拟存储示波器就是这种专用示波器的代表产品,最高的性能达到800MHz带宽,可记录到1ns左右的快速瞬变偶发事件.
数字示波器缺少余辉显示功能,因为它是数字处理,只有两个状态,非高即低,原则上波形也是“有”和“无”两个显示。为达到模拟示波器那样的多层次亮度变化,必须采用专用图象处理芯片,例如TEK公司采用DPX型处理器芯片,具有数据采集、图象处理和存储等多项功能,DPX芯片由130万个晶体管组成,采用0.65μm的CMOS工艺,并行流水结构,取样率高。它既是数据采集芯片,同时也是光栅扫描器,模拟示波管屏幕荧光体的发光特性,用16级亮度分级,将波形存储在500×200像素的LCD单色或彩色显示屏上,每1/30秒更新一次。由于模拟存储示波器只能依靠照相底片记录波形,对数据保存并不方便,而数字荧光示波器是数字处理的显示,数据记录、处理、保存都十分方便。例如用红色表示出现几率最高的波形,兰色表示出现几率最低的波形,达到一目了然。由于数字示波器已经达到4GHz以上带宽的水平,配合荧光显示特性,总的性能优于模拟存储示波器。
数字荧光示波器
数字荧光示波器(DPO)为示波器系列增加了一种新的类型,能实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息:幅度、时间和整个时间的幅度分布。
DSO采用串行处理的体系结构捕获、显示和分析信号;相对而言,DPO为完成这些功能采用的是并行体系结构,如图一、二所示。并行结构和基于ASIC硬件的处理技术,使数字荧光示波器能够捕捉到当今复杂的动态信号中的全部细节和异常情况,并以人类的眼睛的接受速度显示出来。
普通数字示波器要观察偶发事件需要使用长时间记录,然后作信号处理,这种办法会漏掉非周期性出现的信号和不能显示出信号的动态特性。数字荧光示波器能够显示复杂波形中的微细差别,以及出现的频繁程度。例如观察电视信号,既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号,还要记录电视信号中的异常现象,对于专业人员和维修人员都是同样重要的。
例.TEK公司的TDS3000系列数字荧光示波器提供多种测试模块,可以从前面板右上角插入六种模块。例如触发模块可作逻辑状态、逻辑图形触发,以及脉冲参数(上升、下降沿、宽度、周期等);电视模块专用于多种制式的(NTSC、PAL和SECAM)波形记录;快速傅里叶变换(FFT)模块可快速显示信号的频率成分和频谱分布,既可分析脉冲响应,亦可分析谐波分布,并且识别和定位噪声和干扰来源。还有高级分析模块和极限测试模块。
TDS3000系列示波器是便携式的,重量不到7磅,可由电池供电,特别适于现场使用。
图一:数字存储示波器(DSO)串行结构
图二:数字荧光示波器(DPO)并行结构 来源:
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2、如何选择示波器
自从示波器问世以来,它一直是最重要、最常用的电子测试工具之一 ;由于电子技术的发展,示波器的能力也在不断提升,其性能与价格也五花八门,市场参差不齐,本文从多方面阐述您如何选择示波器。
了解您的信号?
您要知道您用示波器观察什么?既您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?您的信号是否有复杂的特性?您的信号是重复信号还是单次信号?您要测量的信号过渡过程带宽,或者上升时间是多大?您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等?您打算同时显示多少信号?
模拟还是数字?
参见前面的《示波器发展》。总之,传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的面板控制,价格低廉,因而总觉得模拟示波器“使用方便”。但是随着A/D转换器速度逐年提高和价格不断降低,以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的各种功能,数字示波器已独领风骚。
带宽如何?
带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率,即70.7%,带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加,示波器对信号的准确显示能力将下降,如果没有足够的带宽,示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽,得到的关于信号的所有特性,响铃和振鸣等都毫无意义。 来源:http://55dianzi.com
一个决定您所需要的示波器带宽有效的经验法则是“5倍准则”;即将您要测量的信号最高频率分量乘以5。这将会使您在测量中获得高于2%的精度。
在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知道它的最快上升时间,大多数字示波器的频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间:Bw=0.35/信号的最快上升时间。
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