電子測(cè)量與儀器 第四章 時(shí)域測(cè)量-電子示波器2

4.6數(shù)字存儲(chǔ)示波器

數(shù)字示波器，又稱數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO,DigitalStorageOsilloscope)。

數(shù)字存貯示波器采用數(shù)字電路，將輸入信號(hào)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(shí)，再?gòu)拇尜A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(hào)顯示于LCD屏上。特點(diǎn)：A/D+RAM+D/A+CPU優(yōu)點(diǎn)：①存貯時(shí)間長(zhǎng)；②能捕捉觸發(fā)前的信號(hào)；③可與計(jì)算機(jī)相連接；④可分析復(fù)雜的單次瞬變信號(hào)。儀器科學(xué)與工程系一、數(shù)字示波器的組成原理:（不同時(shí)期的DSO）1、模擬+數(shù)字存儲(chǔ)示波器(早期)輸入放大器A/DRAMD/A濾波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(zhuǎn)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(cè)信號(hào)外觸發(fā)信號(hào)內(nèi)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(chǔ)、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(nèi)寫有儀器的工作程序，通過鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，測(cè)試等。采樣通道：模擬信號(hào)A/D數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)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(hào)重新恢復(fù)成模擬信號(hào)；X通道產(chǎn)生階梯掃描電壓。X、Y通道同時(shí)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？3、多處理器數(shù)字示波器(較新)提高采集速度、帶寬，反混迭失真①模擬通道：包括多個(gè)模擬通道，信號(hào)經(jīng)衰減器、前置放大、S/H、后置放大器后送入A/D轉(zhuǎn)換。前置放大器的信號(hào)同時(shí)送入觸發(fā)選擇器。②采集處理器：示波器中使用隨機(jī)-重復(fù)采樣技術(shù)，采樣處理器根據(jù)采樣與觸發(fā)的對(duì)應(yīng)關(guān)系來確定數(shù)據(jù)在波形存儲(chǔ)器中的位置，以便重構(gòu)波形。③波形翻譯器：專用的處理器。將數(shù)據(jù)點(diǎn)與時(shí)間值按時(shí)間順序?qū)?yīng)，翻譯成與顯示器Y、X相對(duì)應(yīng)的水平像素位置。

CRT—D/A，光柵，LCD—不需要D/A④主微處理器：人機(jī)接口，軟件操作系統(tǒng)，增強(qiáng)功能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(chǔ)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(hào)調(diào)整觸發(fā)選擇前置放大外觸發(fā)電源信號(hào)觸發(fā)電平HP54600(三個(gè)處理器)LeCroy(USA)3測(cè)量與分析數(shù)字處理器&協(xié)處理器操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件RAM4存儲(chǔ)可存儲(chǔ)軟盤\IC存儲(chǔ)卡及硬盤連接到計(jì)算機(jī)\打印機(jī)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(hào)采集處理器觸發(fā)器突出了DSP及軟件功能二、信號(hào)采集處理技術(shù)1、早期數(shù)字示波器的缺點(diǎn)①屏幕更新率低.更新率指每秒鐘可以捕獲波形的數(shù)目。單CPU示波器無法滿足實(shí)時(shí)要求，存在死區(qū)時(shí)間。即信號(hào)經(jīng)“A/D存儲(chǔ)處理D/A顯示”至下一次波形的采集會(huì)產(chǎn)生時(shí)間間隔。提高更新率，400k幅的更新率–數(shù)字實(shí)時(shí)存儲(chǔ)示波器②有混迭失真造成混迭失真的原因是欠采樣。采樣定理避免措施：提高采樣速率；峰值檢測(cè)，以峰值為基本采樣點(diǎn)，加上其它采樣點(diǎn)，則不會(huì)產(chǎn)生失真。抗混疊技術(shù)欠采樣生成的混迭失真2、采樣方式實(shí)時(shí)采樣：滿足采樣定理，內(nèi)插顯示(4~5)BW，不內(nèi)插10BW。高速A/D及RAM價(jià)格比較高，對(duì)于重復(fù)信號(hào)，以較低的采樣頻率獲得較高的采樣帶寬。隨機(jī)采樣：每個(gè)周期采集一定數(shù)量的樣點(diǎn)，經(jīng)多個(gè)周期的樣點(diǎn)恢復(fù)出波形。信號(hào)與采樣時(shí)鐘非同步，采樣觸發(fā)點(diǎn)與下一個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔是隨機(jī)的，信號(hào)為周期信號(hào)，每個(gè)周期的采樣，等效為對(duì)“同一波形”的(欠)采樣。順序采樣：滿每一周期采一個(gè)樣點(diǎn)。所需要時(shí)間長(zhǎng)，不能觀測(cè)單次信號(hào)(a)實(shí)時(shí)采樣(b)隨機(jī)采樣(c)順序采樣一個(gè)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134134213413422123n3、采樣速率采樣速率又稱數(shù)字化速率。描述方式：①單位時(shí)間內(nèi)的采樣次數(shù)，20Msps②采樣頻率描述，20MHz③信息率描述，單位時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)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(chǔ)器容量的限制。一般在不同掃描時(shí)，采樣速率是不一樣的，但存儲(chǔ)容量是相同的，如存儲(chǔ)10000點(diǎn)。4、采集器件主要是指A/D器件。高速的A/D技術(shù)，目前已有10Gsps.。高速的A/D技術(shù)有兩種類型：①并聯(lián)比較式A/D轉(zhuǎn)換器同時(shí)通過多個(gè)A/D交叉復(fù)用，控制時(shí)鐘依次叉開，可進(jìn)一步成倍提高采樣速率。這種組合方式降低了對(duì)A/D的速率及RAM的存儲(chǔ)速度的要求。+_C3+_C1+_C2編碼器RRRR參考信號(hào)Ur輸入信號(hào)Vin比較器輸出并聯(lián)比較式A/D---最快的A/D轉(zhuǎn)換器缺點(diǎn):器件復(fù)雜,需要2^n個(gè)比較器.A/D1uiA/D2RAM1RAM2S組合輸出數(shù)據(jù)多個(gè)A/D交叉復(fù)用，可使采樣速率成倍提高.DDR:DoubleDataRate②CCD+A/D技術(shù)CCD：高速模擬存儲(chǔ)2.5GspsA/D：低速數(shù)字化處理YA順序取樣YB順序取樣通道轉(zhuǎn)換AB通道轉(zhuǎn)換A/DRAMCCDuiAuiB缺點(diǎn):CCD記錄長(zhǎng)度有限.5、采樣存儲(chǔ)器速度要求：多個(gè)低速存儲(chǔ)器分時(shí)輪流寫入。要求精確定時(shí)。數(shù)據(jù)更新：具有循環(huán)存儲(chǔ)功能。6、觸發(fā)功能負(fù)延遲觸發(fā)：可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)之前的信號(hào)。正延遲觸發(fā)：是指可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的信號(hào)。距離觸發(fā)點(diǎn)的延遲時(shí)間可以由程序設(shè)定。

負(fù)延遲在模擬示波器中無法實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)點(diǎn)正延時(shí)