數(shù)字示波器原理及優(yōu)缺點(diǎn)
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)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級菜單，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)對波形的保存和處理,。目前數(shù)字示波器主要依靠美國技術(shù)，對于300MHz帶寬之內(nèi)的示波器,，目前國內(nèi)品牌的示波器在性能上已經(jīng)可以和國外品牌抗衡,，且具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢。
數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā),、存儲(chǔ),、顯示、測量,、波形數(shù)據(jù)分析處理等*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)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù),。
區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬
帶寬是示波器zui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)字示波器對重復(fù)信號采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的zui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zui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=zui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)周期信號的測量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號和單次信號的測量,。廠家聲稱示波器的帶寬能達(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TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz,，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz,，而zui高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時(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)給測量帶來意想不到的誤差。
有關(guān)采樣速率
采樣速率也稱為數(shù)字化速率,，是指單位時(shí)間內(nèi),，對模擬輸入信號的采樣次數(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為一個(gè)100KHz的正弦信號,，示波器顯示的信號頻率卻是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,?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么,，對于一個(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,，也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理,，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭,，如一個(gè)500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率,。
有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發(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,，而峰值檢測方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找zui大zui小值,，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化?！ ?/div>
·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似于用模擬示波器顯示的波形?！ ?/span>
2.采樣速率與t/div的關(guān)系
每臺(tái)數(shù)字示波器的zui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,。
使用數(shù)字示波器時(shí)，為了避免混迭,，掃速檔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)字示波器測量方法的原因，以致于自動(dòng)測量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān),。雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值,，而用數(shù)字示波器測量出來的結(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)測出的時(shí)間來反推出信號的上升時(shí)間。
數(shù)字示波器優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1.體積小,、重量輕,，便于攜帶,，液晶顯示器
2.可以長期貯存波形，并可以對存儲(chǔ)的波形進(jìn)行放大等多種操作和分析
3.特別適合測量單次和低頻信號,，測量低頻信號時(shí)沒有模擬示波器的閃爍現(xiàn)象
4.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
5.可以通過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
6.有強(qiáng)大的波形處理能力，能自動(dòng)測量頻率,、上升時(shí)間,、脈沖寬度等很多參數(shù)
缺點(diǎn)
1.失真比較大，由于數(shù)字示波器是通過對波形采樣來顯示,，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zui大采樣速率的限制,，在zui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。
2.測量復(fù)雜信號能力差,，由于數(shù)字示波器的采樣點(diǎn)數(shù)有限以及沒有亮度的變化,，使得很多波形細(xì)節(jié)信息無法顯示出來，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,?！ ?/div>
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,。
