電子測(cè)量技術(shù)第7章時(shí)域測(cè)量

1、第第6 6章章 時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量 以短暫掃跡的形式顯示一個(gè)量的瞬時(shí)值。把被以短暫掃跡的形式顯示一個(gè)量的瞬時(shí)值。把被 測(cè)信號(hào)的幅度同所對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系顯示出來。測(cè)信號(hào)的幅度同所對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系顯示出來。 示波器的主要特點(diǎn)：示波器的主要特點(diǎn)： 1.1.工作頻率范圍寬；工作頻率范圍寬； 2.2.靈敏度高；靈敏度高； 3.3.輸入阻抗高；輸入阻抗高； 4.4.測(cè)量功能強(qiáng)。測(cè)量功能強(qiáng)。 6.1 6.1 示波器分類示波器分類 1.1.模擬示波器模擬示波器 被測(cè)信號(hào)輸入示波器的被測(cè)信號(hào)輸入示波器的Y Y通道并進(jìn)行放大后通道并進(jìn)行放大后, ,加加 至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板, ,掃描電路產(chǎn)生的鋸齒波

2、電壓掃描電路產(chǎn)生的鋸齒波電壓 加至示波管的水平偏轉(zhuǎn)板加至示波管的水平偏轉(zhuǎn)板, ,將被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定地顯示在將被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定地顯示在 示波管的屏幕上。示波管的屏幕上。 2.2.數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器 具有存儲(chǔ)功能。采用數(shù)字電路具有存儲(chǔ)功能。采用數(shù)字電路, ,輸入信號(hào)經(jīng)過輸入信號(hào)經(jīng)過A/DA/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換, ,將模擬波變成數(shù)字信息將模擬波變成數(shù)字信息, ,并存入存儲(chǔ)器中。待并存入存儲(chǔ)器中。待 需讀數(shù)時(shí)需讀數(shù)時(shí), ,再通過再通過D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換, ,將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬波將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬波 形顯示在示波管上。形顯示在示波管上。 3.3.數(shù)字熒光示波器數(shù)字熒光示波器(DPO)(DPO) 能實(shí)時(shí)

3、顯示、存儲(chǔ)和分析復(fù)雜信號(hào)的三維信息：能實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和分析復(fù)雜信號(hào)的三維信息： 幅度、時(shí)間和整個(gè)時(shí)間的幅度分布。能夠捕捉復(fù)雜的幅度、時(shí)間和整個(gè)時(shí)間的幅度分布。能夠捕捉復(fù)雜的 動(dòng)態(tài)信號(hào)中的全部細(xì)節(jié)和異常情況動(dòng)態(tài)信號(hào)中的全部細(xì)節(jié)和異常情況, ,還能顯示復(fù)雜波還能顯示復(fù)雜波 形中的細(xì)微差別形中的細(xì)微差別, ,以及出現(xiàn)的頻繁程度。以及出現(xiàn)的頻繁程度。 4.4.邏輯分析儀邏輯分析儀( (邏輯示波器邏輯示波器) ) 主要顯示的是電路信號(hào)的狀態(tài)，特別是電路之間主要顯示的是電路信號(hào)的狀態(tài)，特別是電路之間 的狀態(tài)和時(shí)序關(guān)系。的狀態(tài)和時(shí)序關(guān)系。 5.5.數(shù)字化、智能化示波器數(shù)字化、智能化示波器 帶有帶有MCUMC

4、U。 6.2 6.2 模擬示波器模擬示波器 6.2.1 6.2.1 模擬示波器的基本構(gòu)成模擬示波器的基本構(gòu)成 6.2.2 6.2.2 示波器顯示波形的原理示波器顯示波形的原理 1.1.普通示波管的結(jié)構(gòu)原理普通示波管的結(jié)構(gòu)原理 電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和顯示部分電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和顯示部分( (熒光屏熒光屏) )。 (1)(1)電子槍電子槍 電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。 電子槍由燈絲電子槍由燈絲(F)、陰極、陰極(K)、柵極、柵極(G1)、前加速極、前加速極 (G2)、第一陽極、第一陽極(A1)和第二陽極和第二陽極(A2)組成。組成。 (2)

5、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)及電子束偏轉(zhuǎn)規(guī)律偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)及電子束偏轉(zhuǎn)規(guī)律 在陽極后面，由兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系在陽極后面，由兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系 統(tǒng)，統(tǒng)，y軸偏轉(zhuǎn)板在前，軸偏轉(zhuǎn)板在前，x軸偏轉(zhuǎn)板在后，兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板軸偏轉(zhuǎn)板在后，兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板 間各自形成靜電場(chǎng)，分別控制電子束在垂直方向和間各自形成靜電場(chǎng)，分別控制電子束在垂直方向和 水平方向的偏轉(zhuǎn)。水平方向的偏轉(zhuǎn)。 cm 2 2 y A U dU Ll y cmV 2 2 Ll dU S A y y y S U y y U S y y x U S x x (3)(3)熒光屏熒光屏 圓形曲面或矩形平面，內(nèi)壁沉積有熒光物質(zhì)。圓形曲面或矩形平面，內(nèi)壁沉積有熒光物質(zhì)

6、。 受到電子轟擊后，形成亮點(diǎn)。當(dāng)電子束隨信號(hào)電壓受到電子轟擊后，形成亮點(diǎn)。當(dāng)電子束隨信號(hào)電壓 偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)亮點(diǎn)的移動(dòng)軌跡形成信號(hào)波形。偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)亮點(diǎn)的移動(dòng)軌跡形成信號(hào)波形。 激勵(lì)過后，亮點(diǎn)輝度下降到原始值的激勵(lì)過后，亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10%時(shí)所時(shí)所 延續(xù)的時(shí)間稱為延續(xù)的時(shí)間稱為“余輝時(shí)間余輝時(shí)間”。 2.2.高靈敏度示波管的結(jié)構(gòu)原理高靈敏度示波管的結(jié)構(gòu)原理 A3A3為后加速極，采用具有電阻的螺旋形石墨帶為后加速極，采用具有電阻的螺旋形石墨帶, ,形成連續(xù)的分形成連續(xù)的分 壓器壓器, ,使電位均勻分布。使電位均勻分布。 3.3.示波管波形顯示原理示波管波形顯示原理 (1) (1) 電子束沿

7、電子束沿ux與與uy作用的合成方向運(yùn)動(dòng)作用的合成方向運(yùn)動(dòng) 因?yàn)殡娮邮卮怪焙退驗(yàn)殡娮邮卮怪焙退?平兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是互平兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是互 相獨(dú)立的相獨(dú)立的,打在熒光屏上打在熒光屏上 的亮點(diǎn)的位置取決于同的亮點(diǎn)的位置取決于同 時(shí)加在垂直和水平偏轉(zhuǎn)時(shí)加在垂直和水平偏轉(zhuǎn) 板上的電壓。板上的電壓。 為了顯示為了顯示uy波形波形,在在y軸軸 偏轉(zhuǎn)板上加偏轉(zhuǎn)板上加uy信號(hào)信號(hào),在在x 軸偏轉(zhuǎn)板上加隨時(shí)間線軸偏轉(zhuǎn)板上加隨時(shí)間線 性變化的掃描電壓性變化的掃描電壓(鋸齒鋸齒 波波) (2) (2) 掃描時(shí)間基準(zhǔn)掃描時(shí)間基準(zhǔn) 在在x偏轉(zhuǎn)板加上線性掃描電壓時(shí)，電子束在屏幕上按時(shí)偏轉(zhuǎn)板加上線性掃描電壓時(shí)，電子束在

8、屏幕上按時(shí) 間沿水平方向展開，形成間沿水平方向展開，形成“時(shí)間基線時(shí)間基線”。 (3) (3) 同步的概念同步的概念 為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像，為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像，Tx( (包括正程和回程包括正程和回程) )與與Ty必須必須 成整數(shù)倍關(guān)系，以保證每次掃描的起始點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)電壓成整數(shù)倍關(guān)系，以保證每次掃描的起始點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)電壓uy的的 相同相位點(diǎn)上，這種過程稱為相同相位點(diǎn)上，這種過程稱為“同步同步”。 (4) (4) 主要技術(shù)性能指標(biāo)主要技術(shù)性能指標(biāo) 頻率響應(yīng)（頻帶寬度）頻率響應(yīng)（頻帶寬度） 時(shí)域響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）時(shí)域響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)） 偏轉(zhuǎn)靈敏度偏轉(zhuǎn)靈敏度:亮點(diǎn)在屏幕上偏轉(zhuǎn)亮點(diǎn)在屏幕上偏

9、轉(zhuǎn)1cm所需電壓的峰所需電壓的峰-峰值。峰值。 輸入阻抗輸入阻抗; 掃描速度掃描速度:亮點(diǎn)在屏幕亮點(diǎn)在屏幕x軸方向移動(dòng)軸方向移動(dòng)1cm所表示的時(shí)間。所表示的時(shí)間。 示波管及直流供電系統(tǒng)示波管及直流供電系統(tǒng) 6.2.3 6.2.3 垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng) 將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大或衰減，以滿足示波管垂直偏將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大或衰減，以滿足示波管垂直偏 轉(zhuǎn)板的要求。轉(zhuǎn)板的要求。 包括：輸入電路、前置放大器、延遲線和后置放大包括：輸入電路、前置放大器、延遲線和后置放大 器等。器等。 1.1.耦合方式耦合方式 2.2.衰減器衰減器 10 1 100900 100 119 11 1 2 RR R u u 69 9 6

10、 9 69 1 1 1 CRj R Cj R CjR Z 711 11 2 1CRj R Z 11 69 711 9 11 21 2 1 1 R CRj CRj R R ZZ Z 69711 CRCR 與頻率無關(guān)，稱為與頻率無關(guān)，稱為 最佳補(bǔ)償。最佳補(bǔ)償。 直流、低頻時(shí)：直流、低頻時(shí)： 高頻時(shí)：高頻時(shí)： 探極線的等效電路探極線的等效電路 最佳補(bǔ)償：最佳補(bǔ)償： iiC RCR 11 pF M pFM R CR C ii 6 . 3 1 . 9 331 1 1 可變電容可變電容 3.3.垂直通道極性轉(zhuǎn)換電路垂直通道極性轉(zhuǎn)換電路 4.4.垂直通道開關(guān)轉(zhuǎn)換電路（電子開關(guān)）垂直通道開關(guān)轉(zhuǎn)換電路（電子開關(guān)

11、） 雙蹤示波器具有雙蹤示波器具有y1,y2,y1,y2,交替交替, ,斷續(xù)斷續(xù),y1+y2,y1+y2五種工作方式，轉(zhuǎn)換五種工作方式，轉(zhuǎn)換 工作方式的電子開關(guān)由多諧振蕩器和門電路組成。工作方式的電子開關(guān)由多諧振蕩器和門電路組成。 5.5.延遲線功能及驅(qū)動(dòng)放大器延遲線功能及驅(qū)動(dòng)放大器 考慮到水平掃描鋸齒波信號(hào)起始點(diǎn)與觸發(fā)信號(hào)之間有一段考慮到水平掃描鋸齒波信號(hào)起始點(diǎn)與觸發(fā)信號(hào)之間有一段 延遲時(shí)間延遲時(shí)間, ,為了觀察脈沖前沿為了觀察脈沖前沿, ,在在y y軸插入延遲線軸插入延遲線, ,使被測(cè)信號(hào)的使被測(cè)信號(hào)的 起點(diǎn)與掃描信號(hào)起點(diǎn)同步。起點(diǎn)與掃描信號(hào)起點(diǎn)同步。 通常通常60-200ns 對(duì)稱螺旋延遲

12、線及等效電路對(duì)稱螺旋延遲線及等效電路 6.6.垂直系統(tǒng)主放大電路（垂直系統(tǒng)主放大電路（Y Y末級(jí)放大器）末級(jí)放大器） 把延遲線輸入的被測(cè)信號(hào)放大到足夠大的幅度把延遲線輸入的被測(cè)信號(hào)放大到足夠大的幅度, ,用以驅(qū)動(dòng)示波用以驅(qū)動(dòng)示波 管垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)管垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng), ,使熒光屏上顯示被測(cè)信號(hào)。使熒光屏上顯示被測(cè)信號(hào)。 輸出電壓輸出電壓; 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍; 非線性失真非線性失真; 上升時(shí)間和頻帶寬度上升時(shí)間和頻帶寬度; 耦合方式耦合方式:現(xiàn)代示波器都采用直接耦合?，F(xiàn)代示波器都采用直接耦合。 6.2.4 6.2.4 水平放大系統(tǒng)水平放大系統(tǒng) 1.1.掃描電路的組成（掃描電路的組成（X X通道）通道）

13、形成、控制和放大鋸齒波電壓，使屏幕穩(wěn)定而準(zhǔn)確顯示形成、控制和放大鋸齒波電壓，使屏幕穩(wěn)定而準(zhǔn)確顯示 出被測(cè)信號(hào)的波形。出被測(cè)信號(hào)的波形。 6.3 6.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器 1.1.概述概述 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本組成 6.3.1 6.3.1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理 基本工作原理基本工作原理：(1)(1)寫過程寫過程 (2) (2)讀過程讀過程 (1)(1)觸發(fā)方式：當(dāng)被測(cè)信號(hào)越過觸發(fā)電平時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)方式：當(dāng)被測(cè)信號(hào)越過觸發(fā)電平時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào) 啟動(dòng)啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)轉(zhuǎn)換器，同時(shí)RAMRAM從從0 0地址開始寫入數(shù)據(jù)，將

14、原來的地址開始寫入數(shù)據(jù)，將原來的 內(nèi)容沖掉，寫滿內(nèi)容沖掉，寫滿2 2n n個(gè)單元后停止。個(gè)單元后停止。 (2)(2)正延遲觸發(fā)：觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，存儲(chǔ)器不立即寫入數(shù)據(jù)，正延遲觸發(fā)：觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，存儲(chǔ)器不立即寫入數(shù)據(jù)， 要延遲要延遲P P次次A/DA/D轉(zhuǎn)換后，才開始寫入新數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換后，才開始寫入新數(shù)據(jù)。 (3)(3)負(fù)延遲觸發(fā)：首先使存儲(chǔ)器一直處于寫狀態(tài)，新寫入的負(fù)延遲觸發(fā)：首先使存儲(chǔ)器一直處于寫狀態(tài)，新寫入的 數(shù)據(jù)不斷將以前的內(nèi)容沖掉，觸發(fā)信號(hào)一到馬上停止寫入。數(shù)據(jù)不斷將以前的內(nèi)容沖掉，觸發(fā)信號(hào)一到馬上停止寫入。 6.3.2 6.3.2 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) （1 1）最高取樣速率）最高

15、取樣速率: :由由A/DA/D轉(zhuǎn)換器的速率決定。轉(zhuǎn)換器的速率決定。 （2 2）存儲(chǔ)容量：）存儲(chǔ)容量：RAMRAM的大小決定。的大小決定。 （3 3）分辨力：垂直分辨力取決于）分辨力：垂直分辨力取決于A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。 （4 4）準(zhǔn)確度：測(cè)量值與實(shí)際值的符合程度。）準(zhǔn)確度：測(cè)量值與實(shí)際值的符合程度。 （5 5）掃描時(shí)間因數(shù)）掃描時(shí)間因數(shù)(t/div)(t/div)：是水平方向的度量，?。菏撬椒较虻亩攘?，取 決于決于A/DA/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器的速度以及存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器的速度以及存儲(chǔ)器的 容量。容量。 （6 6）頻率寬度：實(shí)時(shí)帶寬和等效帶寬。）頻率寬度：實(shí)時(shí)

16、帶寬和等效帶寬。 （7 7）X-YX-Y存儲(chǔ)帶寬。存儲(chǔ)帶寬。 6.3.3 6.3.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的關(guān)鍵器件數(shù)字存儲(chǔ)示波器的關(guān)鍵器件 6.3.4 6.3.4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的關(guān)鍵技術(shù) 1. 等效采樣技術(shù)等效采樣技術(shù) 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：Nyquist 采樣定理采樣定理 (1)實(shí)時(shí)采樣對(duì)波形逐點(diǎn)采集，可以實(shí)時(shí)顯示輸入信號(hào)實(shí)時(shí)采樣對(duì)波形逐點(diǎn)采集，可以實(shí)時(shí)顯示輸入信號(hào) 的波形，因此適用于任何形式的信號(hào)波形，重復(fù)或者的波形，因此適用于任何形式的信號(hào)波形，重復(fù)或者 不重復(fù)的，單次的或者連續(xù)的。不重復(fù)的，單次的或者連續(xù)的。 (2)等效采樣通過多次采樣，把在信號(hào)的不同周期中采等效采樣

17、通過多次采樣，把在信號(hào)的不同周期中采 樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，從而能夠重建原始的信號(hào)波樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，從而能夠重建原始的信號(hào)波 形。前提是信號(hào)必須是重復(fù)的形。前提是信號(hào)必須是重復(fù)的。 2. 順序等效采樣順序等效采樣 基本原理基本原理：多周期采樣中，采樣點(diǎn)的采集按照一個(gè)固定的次序多周期采樣中，采樣點(diǎn)的采集按照一個(gè)固定的次序 進(jìn)行，每到來一個(gè)新的觸發(fā)事件就采集一個(gè)采樣點(diǎn)，并將采樣進(jìn)行，每到來一個(gè)新的觸發(fā)事件就采集一個(gè)采樣點(diǎn)，并將采樣 值填寫到當(dāng)次存儲(chǔ)位置上去，為了填滿一個(gè)完整的波形記錄，值填寫到當(dāng)次存儲(chǔ)位置上去，為了填滿一個(gè)完整的波形記錄， 記錄中有多少個(gè)存儲(chǔ)位置就需要有多少個(gè)觸發(fā)事件記錄中有

18、多少個(gè)存儲(chǔ)位置就需要有多少個(gè)觸發(fā)事件。 (1) 基于延時(shí)單元的順序等效采樣基于延時(shí)單元的順序等效采樣 基于延時(shí)單元的順序等效采樣是一種利用固定的時(shí)間基于延時(shí)單元的順序等效采樣是一種利用固定的時(shí)間 延時(shí)單元，按次序增加延時(shí)時(shí)間的等效采樣技術(shù)，延時(shí)單元，按次序增加延時(shí)時(shí)間的等效采樣技術(shù)， 3. 隨機(jī)等效采樣隨機(jī)等效采樣 基本原理基本原理：時(shí)間間隔的產(chǎn)生是隨機(jī)的，采樣事件隨機(jī)時(shí)間間隔的產(chǎn)生是隨機(jī)的，采樣事件隨機(jī) 發(fā)生在觸發(fā)點(diǎn)之后、小于一個(gè)采樣信號(hào)周期的所有時(shí)發(fā)生在觸發(fā)點(diǎn)之后、小于一個(gè)采樣信號(hào)周期的所有時(shí) 間點(diǎn)上，如果所有時(shí)間點(diǎn)上的采樣事件都發(fā)生，就可間點(diǎn)上，如果所有時(shí)間點(diǎn)上的采樣事件都發(fā)生，就可 以

19、采集完成小于一個(gè)采樣信號(hào)周期的波形的信息，通以采集完成小于一個(gè)采樣信號(hào)周期的波形的信息，通 過對(duì)隨機(jī)產(chǎn)生的采樣數(shù)據(jù)的位置重新整理，就能將這過對(duì)隨機(jī)產(chǎn)生的采樣數(shù)據(jù)的位置重新整理，就能將這 段波形進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)等效采樣。段波形進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)等效采樣。 圖中所示，在隨機(jī)等效采樣中，采樣脈沖的頻率圖中所示，在隨機(jī)等效采樣中，采樣脈沖的頻率 保持穩(wěn)定，脈沖與脈沖之間的時(shí)間保持穩(wěn)定，脈沖與脈沖之間的時(shí)間T為一個(gè)恒定的值，為一個(gè)恒定的值， 將這個(gè)時(shí)間將這個(gè)時(shí)間T等分為若干份，圖中分為等分為若干份，圖中分為4份。每次信份。每次信 號(hào)觸發(fā)后，觸發(fā)信號(hào)與下一次采樣脈沖之間都存在一號(hào)觸發(fā)后，觸發(fā)信號(hào)與下一次

20、采樣脈沖之間都存在一 個(gè)時(shí)間差，如圖中的個(gè)時(shí)間差，如圖中的t1、t2、t3、t4。 時(shí)間差在一個(gè)采樣周期內(nèi)隨機(jī)分布，當(dāng)多輪采樣后，采集的數(shù)時(shí)間差在一個(gè)采樣周期內(nèi)隨機(jī)分布，當(dāng)多輪采樣后，采集的數(shù) 據(jù)序列就能完整的填充波形數(shù)列。通過對(duì)隨機(jī)采樣的數(shù)據(jù)序列據(jù)序列就能完整的填充波形數(shù)列。通過對(duì)隨機(jī)采樣的數(shù)據(jù)序列 進(jìn)行排序，就能重構(gòu)信號(hào)的一個(gè)完整的采樣波形。進(jìn)行排序，就能重構(gòu)信號(hào)的一個(gè)完整的采樣波形。 實(shí)現(xiàn)原理的關(guān)鍵是如何將隨機(jī)產(chǎn)生的相對(duì)采樣數(shù)據(jù)，填入完整波實(shí)現(xiàn)原理的關(guān)鍵是如何將隨機(jī)產(chǎn)生的相對(duì)采樣數(shù)據(jù)，填入完整波 形數(shù)列中的正確位置形數(shù)列中的正確位置。 (1) 基于游標(biāo)卡尺原理的隨機(jī)等效采樣基于游標(biāo)卡尺原

21、理的隨機(jī)等效采樣 根據(jù)游標(biāo)卡尺原理，借助兩個(gè)時(shí)鐘源來實(shí)現(xiàn)的等效采樣，根據(jù)游標(biāo)卡尺原理，借助兩個(gè)時(shí)鐘源來實(shí)現(xiàn)的等效采樣， 根據(jù)隨機(jī)等效采樣的原理，將采樣時(shí)鐘的周期根據(jù)隨機(jī)等效采樣的原理，將采樣時(shí)鐘的周期T1 等分成等分成100個(gè)采樣位置，設(shè)置觸發(fā)振蕩器時(shí)鐘的頻率比個(gè)采樣位置，設(shè)置觸發(fā)振蕩器時(shí)鐘的頻率比 采樣時(shí)鐘的頻率略低一點(diǎn)，比如采樣時(shí)鐘的頻率略低一點(diǎn)，比如T2=1.01T1。 在在100個(gè)采樣時(shí)鐘的周期內(nèi)采樣時(shí)鐘和觸發(fā)時(shí)鐘相個(gè)采樣時(shí)鐘的周期內(nèi)采樣時(shí)鐘和觸發(fā)時(shí)鐘相 位會(huì)重合一次。當(dāng)相位重合時(shí)，通過對(duì)觸發(fā)時(shí)鐘振蕩位會(huì)重合一次。當(dāng)相位重合時(shí)，通過對(duì)觸發(fā)時(shí)鐘振蕩 次數(shù)的測(cè)量，就可推算出本次采樣數(shù)據(jù)在次

22、數(shù)的測(cè)量，就可推算出本次采樣數(shù)據(jù)在100個(gè)采樣位個(gè)采樣位 置中的相對(duì)位置。置中的相對(duì)位置。 (2) 基于雙斜率電容充放電原理的隨機(jī)等效采樣基于雙斜率電容充放電原理的隨機(jī)等效采樣 如果能精確測(cè)量觸發(fā)時(shí)刻到下一次采樣脈沖之間的如果能精確測(cè)量觸發(fā)時(shí)刻到下一次采樣脈沖之間的 時(shí)間間隔時(shí)間間隔t，再結(jié)合采樣周期時(shí)間，再結(jié)合采樣周期時(shí)間T，就能推算出當(dāng)次采，就能推算出當(dāng)次采 樣數(shù)據(jù)在完整波形數(shù)列中的正確位置。樣數(shù)據(jù)在完整波形數(shù)列中的正確位置。 觸發(fā)信號(hào)來到前，電容充電至穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)信號(hào)來觸發(fā)信號(hào)來到前，電容充電至穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)信號(hào)來 到時(shí)，用一個(gè)大的電流源將電容內(nèi)電荷迅速放掉，當(dāng)?shù)綍r(shí)，用一個(gè)大的電流源將

23、電容內(nèi)電荷迅速放掉，當(dāng) 下一個(gè)采樣信號(hào)來到的時(shí)候停止放電，轉(zhuǎn)而用一個(gè)與下一個(gè)采樣信號(hào)來到的時(shí)候停止放電，轉(zhuǎn)而用一個(gè)與 放電電流源成比例的小電流源對(duì)電容充電，同時(shí)開始放電電流源成比例的小電流源對(duì)電容充電，同時(shí)開始 計(jì)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到電容電壓與充電前電壓值相等的時(shí)候，計(jì)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到電容電壓與充電前電壓值相等的時(shí)候， 測(cè)出計(jì)時(shí)時(shí)間，根據(jù)這個(gè)時(shí)間推算出充電時(shí)間也就是測(cè)出計(jì)時(shí)時(shí)間，根據(jù)這個(gè)時(shí)間推算出充電時(shí)間也就是 觸發(fā)信號(hào)與下一采樣信號(hào)的時(shí)間間隔，其本質(zhì)就是將觸發(fā)信號(hào)與下一采樣信號(hào)的時(shí)間間隔，其本質(zhì)就是將 小的時(shí)間間隔小的時(shí)間間隔t等比例放大后進(jìn)行測(cè)量。等比例放大后進(jìn)行測(cè)量。 (3) 時(shí)間交錯(cuò)采樣的實(shí)現(xiàn)時(shí)間

24、交錯(cuò)采樣的實(shí)現(xiàn) 利用多片利用多片ADC采樣有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是采用延遲線對(duì)通采樣有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是采用延遲線對(duì)通 道輸入信號(hào)做不同時(shí)間的延時(shí)處理，另一種是采用時(shí)間交錯(cuò)采樣道輸入信號(hào)做不同時(shí)間的延時(shí)處理，另一種是采用時(shí)間交錯(cuò)采樣 使使ADC工作在不同相位的時(shí)鐘下。工作在不同相位的時(shí)鐘下。 3.數(shù)字內(nèi)插技術(shù)數(shù)字內(nèi)插技術(shù) 內(nèi)插原理內(nèi)插原理： 對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)示波器而言，除了要求有高的實(shí)時(shí)采對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)示波器而言，除了要求有高的實(shí)時(shí)采 樣速率外，還要求有較高的波形分析細(xì)節(jié)。因此，樣速率外，還要求有較高的波形分析細(xì)節(jié)。因此， 是否能很好的恢復(fù)和重建原信號(hào)對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)示波是否能很好的恢復(fù)和重建原信號(hào)對(duì)于

25、數(shù)字存儲(chǔ)示波 器就顯得很重要。器就顯得很重要。 內(nèi)插是通過已知數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)解析表達(dá)式，由此內(nèi)插是通過已知數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)解析表達(dá)式，由此 計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的函數(shù)值，構(gòu)造的曲線必通過原數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的函數(shù)值，構(gòu)造的曲線必通過原數(shù) 據(jù)。據(jù)。 擬合是選擇一個(gè)最好的光滑曲線去逼近已知離散數(shù)擬合是選擇一個(gè)最好的光滑曲線去逼近已知離散數(shù) 據(jù)，該曲線不一定通過原數(shù)據(jù)點(diǎn)。據(jù)，該曲線不一定通過原數(shù)據(jù)點(diǎn)。 拉格朗日拉格朗日(Lagrange)插值插值 已知函數(shù)已知函數(shù)在在 n+1個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)x0,x1,xn處的函數(shù)值為處的函數(shù)值為y0,y1,yn。則。則 i n i in yxLxP 0 niii n i xxxxx

26、x xxxxxx xL 10 10 線性插值多項(xiàng)式線性插值多項(xiàng)式： 1 01 0 0 10 1 1 y xx xx y xx xx xP 分段低次分段低次(線性線性)插值插值 節(jié)點(diǎn)把節(jié)點(diǎn)把 分成分成n個(gè)小區(qū)間。當(dāng)插值點(diǎn)個(gè)小區(qū)間。當(dāng)插值點(diǎn)x在第在第 i個(gè)小區(qū)間個(gè)小區(qū)間 上時(shí)，采用線性插值公式上時(shí)，采用線性插值公式 ba, ii xx, 1 i ii i i ii i i y xx xx y xx xx xPxf 1 1 1 1 1 分段三次埃爾米特插值分段三次埃爾米特插值 三次樣條插值三次樣條插值 在每小區(qū)間在每小區(qū)間上，上，是三次多項(xiàng)式是三次多項(xiàng)式，同時(shí)在節(jié)點(diǎn)，同時(shí)在節(jié)點(diǎn)x有有 連續(xù)二階導(dǎo)數(shù)。

27、連續(xù)二階導(dǎo)數(shù)。 【例例】 50個(gè)采樣點(diǎn)的正弦波、方波和鋸齒波經(jīng)個(gè)采樣點(diǎn)的正弦波、方波和鋸齒波經(jīng)4種插值方式得種插值方式得 250個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)。 四種插值方法中，最鄰近插值方法的平滑性最差；線性插值方四種插值方法中，最鄰近插值方法的平滑性最差；線性插值方 法與鄰近點(diǎn)插值不同，其結(jié)果是連續(xù)的，但在頂點(diǎn)處的斜率會(huì)法與鄰近點(diǎn)插值不同，其結(jié)果是連續(xù)的，但在頂點(diǎn)處的斜率會(huì) 改變；三次插值方法其插值數(shù)據(jù)和導(dǎo)數(shù)都是連續(xù)的；三次樣條改變；三次插值方法其插值數(shù)據(jù)和導(dǎo)數(shù)都是連續(xù)的；三次樣條 插值的平滑性最好。插值的平滑性最好。 (1) 正弦波頻率為正弦波頻率為50Hz，已知采樣點(diǎn)為，已知采樣點(diǎn)為50個(gè)，經(jīng)過三次樣條插值、個(gè)，經(jīng)過三次樣條插值、 線性插值、三次插值、最鄰近插值得到的點(diǎn)為線性插值、三次插值、最鄰近插值得到的點(diǎn)為250個(gè)。個(gè)。 (2) 方波頻率為方波頻率為50Hz，已知采樣點(diǎn)為，已知采樣點(diǎn)為50個(gè)，經(jīng)過三次樣條插值、個(gè)，經(jīng)過三次樣條插值、 線性插值、三次