近代電子測量技術示波器

時域丈量

——示波器時域丈量儀器時域丈量儀器：察看和測試信號的時域波形、丈量脈沖的占空比、上升沿、下降沿、上沖等——示波器；丈量信號的電壓、電流及功率——電壓表、電流表及功率計；丈量電信號的頻率、周期、相位及時間間隔——通用電子計數(shù)器、頻率計、相位計等；從物理學家到電視維修人員，各種人士都運用示波器。汽車工程師運用示波器來丈量發(fā)動機的振動。醫(yī)師運用示波器丈量腦電波。描畫示波器的用途是沒有盡頭的。示波器本質上是一種圖形顯示設備，它描畫電信號的圖形曲線。在大多數(shù)運用中，呈現(xiàn)的圖形可以闡明信號隨時間的變化過程：垂直〔Y〕軸表示電壓，程度〔X〕軸表示時間。有時稱亮度為Z軸。概述波的類型波型正弦波方波和矩形波三角波和鋸齒波復雜波性質階躍波和脈沖波周期和非周期信號同步和異步信號幅度(電壓)：最小值 最大值峰值-峰值 均方值 周期均方值均值 周期均值過沖＋ 過沖－時間：延遲寬度＋ 寬度－上升時間 下降時間周期 頻率占空比＋ 占空比－組合：相位 突發(fā)寬度示波器可丈量參數(shù)現(xiàn)代的數(shù)字示波器使波形丈量變得更為容易。經(jīng)過前面板按鈕，以及基于屏幕的菜單，方便選擇全自動的丈量參數(shù)。許多數(shù)字儀器也能提供均值和均方值的計算、占空比和其他數(shù)學運算。自動化丈量經(jīng)過屏幕讀取數(shù)值。普通來說，讀取的數(shù)值能夠比直接利用有刻度的工具更為準確。示波器的開展與分類〔一〕第一代——模擬示波器〔ART-AnalogRealTimeOscilloscope〕20世紀40年代——電子示波器興起的時代；20世紀60年代——出現(xiàn)了帶寬6GHz的取樣示波器；20世紀70年代——模擬式電子示波器到達頂峰，帶寬1GHz的多功能內插式示波器標志著當時科學技術的最高程度，模擬示波器從此沒有更大的進展；20世紀80年代——模擬示波器逐漸從前臺退到后臺。示波器的開展與分類〔二〕第二代——數(shù)字存儲示波器〔DSODigitalStorageOscilloscope〕它能將電信號經(jīng)過數(shù)字化及后置處置以后再重建波形，具有記憶、存貯被察看信號功能，可以用來觀測和比較單次過程和非周期景象、低頻和慢速信號以及在不同時間或不同地點觀測到的信號。1978年——出現(xiàn)了數(shù)字儲存示波器，它是公認的第二代示波器產(chǎn)品；進入90年代——數(shù)字示波器除了提高帶寬到1GHz以上，更重要的是它的全面性能超越模擬示波器。示波器的開展與分類〔三〕第三代——數(shù)字熒光示波器〔DPODigitalPhosphorOscilloscope〕DPO是以數(shù)字熒光技術為中心的第三代示波器，經(jīng)過多層次的輝度或彩色可以顯示長時間內的信號。數(shù)字熒光示波器在技術上曾經(jīng)把前兩代示波器產(chǎn)品數(shù)字模擬示波器和數(shù)字存儲示波器的優(yōu)點集中到一同，實現(xiàn)了所謂數(shù)字示波器模擬化，使數(shù)字示波器得到了更為廣泛的運用。

示波器的開展與分類〔四〕混合示波器〔MSO〕混合信號示波器是把數(shù)字示波器對信號細節(jié)的分析才干和邏輯分析儀多通道定時丈量才干組合在一同的儀器。公用示波器隨著運用需求的牽引和技術開展，還產(chǎn)生了一些能滿足特殊用途的示波器，如監(jiān)測和調試電視系統(tǒng)的電視示波器，主要用于調試彩色電視中有關色度信號幅度和相位的矢量示波器等等。模擬示波器模擬示波器的組成及原理CRT顯示原理CRT主要由電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，根本構造如以下圖所示。CRT限制著模擬示波器顯示的頻率范圍。在頻率非常低的地方，信號呈現(xiàn)出亮堂而緩慢挪動的點，而很難分辨出波形。在高頻處，起局限作用的是CRT的寫速度。當信號頻率超越CRT的寫速度時，顯示出來的過于暗淡，難于察看。模擬示波器的極限頻率約為1GHz。燈絲陰極柵極陽極偏轉系統(tǒng)示波管的偏轉系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直偏轉板和程度偏轉板。當有外加電壓作用時，偏轉板之間構成電場；在偏轉電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉板共同決議的熒光屏上的某個坐標位置。電子束在偏轉電場作用下的偏轉間隔與外加偏轉電壓成正比：示波管的Y軸偏轉靈敏度〔單位為cm/V〕：其倒數(shù)為示波管的Y軸偏轉因數(shù)。偏轉靈敏度越大，示波管越靈敏。l為偏轉板的長度；S為偏轉板中心到屏幕中心的間隔；b為偏轉板間距；Va為陽極A2上的電壓。熒光屏熒光屏將電信號變?yōu)楣庑盘枺鞘静ü艿牟ㄐ物@示部分。在運用示波器時，應防止電子束長時間的停留在熒光屏的一個位置，否那么將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不運用的時間內，可將“輝度〞調暗。當電子束停頓轟擊熒光屏時，光點仍能堅持一定的時間，這種景象稱為“余輝效應〞。波形顯示的根本原理〔一〕1.顯示隨時間變化的圖形〔1〕Ux、Uy為固定電壓時，有下面四種情況：光點出如今熒光屏的中心位置。光點僅在垂直方向偏移：Uy為正電壓時，光點從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負電壓時，光點從熒光屏的中心往垂直方向下移。光點僅在程度方向偏移：Ux為正電壓時，光點從熒光屏的中心往程度方向右移；Ux為負電壓時，光點從熒光屏的中心往程度方向左移。當兩對偏轉板上同時加固定的正電壓時，光點位置應為兩電壓的矢量合成?！?〕X、Y偏轉板上分別加變化電壓，有下面兩種情況：僅在垂直偏轉板的兩板間加正弦變化的電壓，那么光點只在熒光屏的垂直方向來回挪動，出現(xiàn)一條垂直線段。僅在程度偏轉板的兩板間加鋸齒電壓，那么光點只在熒光屏的程度方向來回挪動，出現(xiàn)一條程度線段?！?〕Y偏轉板加正弦波信號電壓，X偏轉板加鋸齒波電壓，熒光屏上將顯示出被測信號隨時間變化的一個周期的波形曲線。2．顯示恣意兩個變量之間的關系示波器兩個偏轉板上都加正弦電壓時顯示的圖形稱為：李沙育〔Lissajous〕圖形利用這種圖形可對：相位頻率進展丈量！波形顯示的根本原理〔二〕假設兩同頻信號的初相一樣，且在X、Y方向的偏轉間隔一樣，在熒光屏上畫出一條與程度軸呈45度角的直線。相位丈量假設兩同頻信號的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉間隔一樣，在熒光屏上畫出的圖形為圓。假設兩同頻信號的初相不同，且在X、Y方向的偏轉間隔一樣數(shù)字式〔分別送入示波器的Y通道和X通道，使示波器任務在X-Y方式〕，在熒光屏上畫出的圖形為橢圓。示波器任務于X-Y方式下，將頻率知的信號與頻率未知的信號加到示波器的兩個輸入端，調理知信號的頻率，使熒光屏上得到李沙育圖形，由此可測出被測信號的頻率。和分別為程度線、垂直線與李沙育圖形的交點數(shù)；、分別為示波器Y和X信號的頻率。李沙育圖形存在關系：丈量頻率最大交點數(shù)例如下圖的李沙育圖形，知X信號頻率為6MHz，問Y信號的頻率是多少？MHz李沙育圖形——頻率與相位光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描〞，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的延續(xù)掃動稱為“掃描正程〞，自熒光屏的右端迅速前往左端起掃點的過程稱為“掃描逆程〞。延續(xù)掃描和觸發(fā)掃描當欲觀測脈沖信號，尤其是占空比很小的脈沖時，采用延續(xù)掃描存在一些問題：選擇掃描周期等于脈沖反復周期時，難以看清脈沖波形的細節(jié)。選擇掃描周期等于脈沖底寬時，觀測者不易察看波形，而且掃描的同步很難實現(xiàn)。模擬示波器波形顯示－掃描觸發(fā)掃描〔Normal形狀〕觸發(fā)掃描時，使掃描脈沖只在被測脈沖到來時才掃描一次；沒有被測脈沖時，掃描發(fā)生器處于等待任務形狀?！?〕Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個周期的被測信號波形。n=2假設掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty堅持Tx=nTy的關系，那么稱掃描電壓與被測電壓“同步〞。模擬示波器波形顯示－同步〔2〕Tx≠nTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關系時，顯示的波形不穩(wěn)定。數(shù)字示波器模擬示波器的缺陷在顯示方面：由于沒有存儲功能，無法觀測單次信號，對于低頻信號往往只能顯示一個挪動的亮點；觸發(fā)方面：模擬示波器只需電平觸發(fā)，而沒有預觸發(fā)和其它高級觸發(fā)方式，這對于系統(tǒng)中多種異常信號是捕獲不到的，并且不能看見事件發(fā)生前的信號情況；在丈量方面：模擬示波器必需依賴屏幕上的刻度尺采用人工方式進展，會引進較大的人為誤差；在擴展帶寬方面：高頻的模擬示波器的制造難度集中到CRT上，100M帶寬以上的CRT其本錢急劇提高，1GHz頻寬的模擬示波器的一半以上本錢來自CRT，其本錢比目前3GHz頻寬的數(shù)字示波器還高。數(shù)字示波器經(jīng)過模數(shù)轉換器〔ADC〕把被測電壓轉換為數(shù)字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進展存儲；當需求顯示時，再從存貯器中讀出并重構波形。數(shù)字示波器的主要優(yōu)點〔1〕波形的采樣/存儲與波形的顯示是獨立的——因此可以無閃爍地觀測極慢變化信號；對于觀測極快信號來說，數(shù)字存儲示波器可采用低速顯示?！?〕能長時間地保管信號——便于察看單次出現(xiàn)的瞬變信號?！?〕先進的觸發(fā)功能——不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸發(fā)前的信號?！?〕丈量準確度高——采用了晶振和高分辨率A/D轉換器?！?〕很強的數(shù)據(jù)處置才干——內含微處置器，能自動實現(xiàn)多種波形參數(shù)的丈量與顯示；還具有自檢與自校等多種自動操作功能?！?〕外部數(shù)據(jù)通訊接口——可以很方便地將存儲的數(shù)據(jù)送到計算機或其他的外部設備，進展更復雜的數(shù)據(jù)運算和分析處置。數(shù)字示波器分類數(shù)字存儲示波器〔DSO〕數(shù)字熒光示波器〔DPO〕數(shù)字混合示波器〔MSO〕數(shù)字存儲示波器〔DSO〕數(shù)字存儲示波器〔DSODigitalStorageOscilloscopes)〕是最常規(guī)的數(shù)字示波器數(shù)字存儲示波器〔DSO〕便于您捕獲和顯示那些能夠只發(fā)生一次的事件，通常稱為瞬態(tài)景象。以數(shù)字方式表示波形信息，實踐存儲的是二進制序列。這樣，利用示波器本身或外部計算機，方便進展分析、存檔、打印和其他的處置。波形沒有必要是延續(xù)的；即使信號曾經(jīng)消逝，仍可以顯示出來。與模擬示波器不同的是，數(shù)字存儲示波器可以耐久地保管信號，可以擴展波形處置方式。然而，DSO沒有實時的亮度級；因此，他們不能表示實踐信號中不同的亮度等級。組成DSO的一些子系統(tǒng)與模擬示波器的一些部分類似。但是，DSO包含更多的數(shù)據(jù)處置子系統(tǒng)，因此它可以搜集顯示整個波形的數(shù)據(jù)。從捕獲信號到在屏幕上顯示波形，DSO采用串行的處置體系構造。DSO構造及任務原理串行處置體系構造與模擬示波器一樣，DSO第一部分〔輸入〕是垂直放大器。在這一階段，垂直控制系統(tǒng)方便您調整幅度和位置范圍。緊接著，在程度系統(tǒng)的模數(shù)轉換器〔ADC〕部分，信號實時在離散點采樣，采樣位置的信號電壓轉換為數(shù)字值，這些數(shù)字值稱為采樣點。該處置過程稱為信號數(shù)字化。程度系統(tǒng)的采樣時鐘決議ADC采樣的頻率。該速率稱為采樣速率，表示為樣值每秒〔S/s〕。數(shù)字存儲示波器順序處置體系構造來自ADC的采樣點存儲在捕獲存儲區(qū)內，叫做波形點。幾個采樣點可以組成一個波形點。波形點共同組成一條波形記錄。創(chuàng)建一條波形記錄的波形點的數(shù)量稱為記錄長度。觸發(fā)系統(tǒng)決議記錄的起始和終止點。DSO信號通道中包括微處置器，被測信號在顯示之前要經(jīng)過微處置器處置。微處置器處置信號，調整顯示運轉，管理前面板調理安裝，等等。信號經(jīng)過顯存，最后顯示到示波器屏幕中在示波器的才干范圍之內，采樣點會經(jīng)過補充處置，顯示效果得到加強?？梢蕴砑宇A觸發(fā)，使在觸發(fā)點之前也能察看到結果。目前大多數(shù)數(shù)字示波器也提供自動參數(shù)丈量，使丈量過程得到簡化。模擬示波器與DSO相比的優(yōu)點垂直分辨率：模擬示波器延續(xù)而且無限級，DSO分辨率普通只需8位至10位；數(shù)據(jù)更新快：模擬示波器從信號采集不斷到在CRT上顯示出波形都是純粹的模擬通道,僅僅在掃描的回掃時間及閉鎖Holdoff時間內不采樣信號,因此可以有很好的波形刷新率,普通在200,000次/秒左右，DSO由于進展A/D轉換后要進展一系列的信號處置，因此有幾個毫秒級的盲區(qū)，在這個盲區(qū)內出現(xiàn)的異常信號將被漏失；三維顯示效果：模擬示波器除顯示時間與振幅的關系外，還可顯示信號能量的變化，即振幅跟隨時間的分布——灰度顯示，這樣模擬示波器就可以清楚地域分信號主體與噪聲間的分別，尤其是在察看復雜動態(tài)的信號時。DSO只能兩維幅度時間地顯示捕獲的信號，而不能表達幅度隨時間的變化頻率，即沒有灰度級變化的顯示。數(shù)字熒光示波器〔DPO〕DSO〔DigitalphosphorOscilloscopes〕運用串行處置的體協(xié)構造來捕獲、顯示和分析信號；相對而言，DPO為完成這些功能采用的是并行的體系構造。DPO采用ASIC硬件構架捕獲波形圖象，提供高速率的波形采集率，信號的可視化程度很高。它添加了證明數(shù)字系統(tǒng)中的瞬態(tài)事件的能夠性。DPO的技術特點在構造上：DPO將顯示單元和數(shù)據(jù)處置單元構成并行的構造，中心處置器只作數(shù)據(jù)的數(shù)學處置，顯示方面的處置由數(shù)字熒光單元完成，提高了儀器對波形數(shù)據(jù)的處置才干；在波形顯示方面：有了以數(shù)字熒光單元為中心的專門通道，波形的捕獲率有了質的提高，目前最高曾經(jīng)到達400,000次/秒，到達模擬示波器一樣程度，使察看偶發(fā)信號和捕捉毛刺脈沖的才干大為加強。在灰度顯示方面：數(shù)字熒光示波器不僅能實現(xiàn)灰度級顯示，而且其三維數(shù)組構造還能實現(xiàn)彩色亮度層次的熒光顯示效果，即彩色顯示。采樣技術初步奈奎斯特采樣帶通欠采樣并行和交替采樣等效采樣和取樣示波器奈奎斯特采樣根據(jù)奈奎斯特采樣定理，假設最高任務頻率為，那么其采樣速率應滿足:

當＝2GHz時，最低采樣速率也應大于4GHz。帶通采樣普通的通訊和雷達系統(tǒng)中處置的信號都是帶通訊號，即雖然載波頻率能夠非常高，但是需求處置的信號相對于載波頻率來說是比較窄的。在數(shù)字中頻接構造中，對信號在中頻進展數(shù)字化，利用帶通欠采樣的方法可以大大降低采樣速率，同時還可以完成頻譜下搬移的過程。欠采樣與過采樣欠采樣是指采樣時鐘頻率低于被采樣信號下限頻率的采樣方式；過采樣是指采樣頻率遠大于兩倍以上被采樣信號帶寬的采樣方式。帶通采樣即是欠采樣的一種方式；而過采樣即可以存在于帶通采樣，也可以存在于低通采樣。帶通欠采樣〔一〕任何信號經(jīng)采樣后，它的頻譜在強度上將正比于采樣頻率，而頻譜的內容將被無限復制，間隔為采樣頻率。對于一個高頻奇數(shù)奈奎斯特區(qū)內的帶通訊號采樣等同于采樣一個第一奈奎斯特區(qū)內的信號；對于一個高頻偶數(shù)奈奎斯特區(qū)內的帶通訊號采樣等同于采樣一個第二奈奎斯特區(qū)內的信號，不過此時存在頻譜倒置問題，在數(shù)字部分需求進一步進展數(shù)字下變頻〔DDC〕才干變?yōu)榛鶐盘枴驳谝荒慰固貐^(qū)內的信號〕，假設DDC的NCO頻率高于輸入DDC的數(shù)字信號的上限頻率，即采用高中頻DDC，可以利用其具有頻譜倒置功能實現(xiàn)逆頻譜倒置。帶通欠采樣〔二〕假設帶寬為B的帶通訊號頻譜所占的頻率范圍為從到中心頻率為，那么不難發(fā)現(xiàn)，當滿足以下條件時，信號的原頻譜與采樣后生成的其它頻譜分量之間將沒有交叉，反之那么會產(chǎn)生上圖所示的混疊。fmin=0時即為奈奎斯特采樣在滿足上述條件的情況下，從概念上講，可以用濾波器濾除在采樣過程中添加的一切頻譜分量，從而復原出原信號的頻譜，即復原出原信號。帶通欠采樣〔三〕注：以上兩式需同時滿足例：假設fmin＝140MHz，fmax＝180MHz，只需求>80MHz，但是經(jīng)過計算可以發(fā)現(xiàn)，130MHz是一個合格的采樣頻率，而150MHz和170MHz卻不是合格的采樣頻率。帶通欠采樣〔四〕并行和交替采樣〔一〕當單片ADC無法滿足采樣精度或采樣速率要求時，常用采用并行或交替采樣方式，提高采樣精度或采樣速率。并行采樣方式可提高采樣精度；交替采樣方式可提高采樣速率。并行和交替采樣〔二〕k路并行/交替采樣電路框圖交替采樣一直信號為：并行和交替采樣〔三〕k路交替采樣脈沖時序圖假設k=2時，即采用雙路并行采樣，信噪比可提高6.02dB，相當于A/D變換的精度提高了1位；假設k=4時，即采用四路并行采樣，信噪比可提高12.04dB，相當于A/D變換的精度提高了2位，依次類推。當然，由于時鐘信號的抖動、S/H電路模擬帶寬等要素的限制，并行采樣普通都不超越8路。并行采樣時鐘信號為：并行和交替采樣〔四〕誤差分析：

由于ADC性能目的的分散性和電路規(guī)劃布線方面的影響，并行和交替采樣性能除了受單個ADC性能目的——積分非線性、微分非線性、諧波失真、模擬帶寬、孔徑抖動等要素的影響外，主要遭到k路A/D變換的孔徑時間誤差、k路A/D變換的增益和直流偏移誤差的影響。假設并行和交替采樣的這些參數(shù)配合處理不好，將會導致非均勻采樣問題出現(xiàn)，呵斥有用信號頻譜發(fā)生畸變。并行和交替采樣〔五〕等效采樣〔一〕周期信號的等效采樣又被稱為非均勻采樣，是利用等時間增量的非均勻采樣時鐘信號去采樣高速周期信號的一種方式。等效采樣的最大優(yōu)點是可以用頻率相對很低的采樣時鐘去采樣頻率高達幾百MHz，甚至上GHz的高速信號，如：射頻脈沖信號、雷達回波信號等。實時取樣等效取樣等效采樣〔二〕等效采樣雖然可以用相對很低速率去采樣高速周期信號，僅從頻域來看好象并不受奈奎斯特采樣定理的限制，但實踐上并不是這樣，而是利用時間累計換取頻率，到達高速信號采樣的目的，其本質依然滿足奈奎斯特采樣定理和香農(nóng)定理。非均勻采樣雖然降低了采樣速率，但這種采樣方式對采樣時鐘的時間遞增量的大小及穩(wěn)定性的要求更高，并對A/D變換前的S/H電路的建立時間及其堅持特性都有很高的要求。順序取樣隨機取樣順序取樣示波器中的程度掃描信號為階梯波電壓，階梯繼續(xù)時間，階梯數(shù)對應屏幕上顯示的不延續(xù)的光點數(shù)。取樣示波器——顯示原理取樣示波器特點取樣示波器采集丈量信號的才干要比其他類型的示波器高一個數(shù)量級。在丈量反復周期信號時，它能到達的帶寬以及高速定時都十倍于其他示波器。延續(xù)等效時間采樣示波器能到達50GHz的帶寬。然而，采樣示波器帶寬的添加帶來的負面影響是動態(tài)范圍的限制。由于在采樣門電路之前沒有衰減器/放大器，所以不能對輸入信號進展縮放。一切時辰的輸入信號都不能超越采樣橋滿動態(tài)范圍。因此，大多數(shù)采樣示波器的動態(tài)范圍都限制在1V的峰值-峰值。另外，采樣橋的前面也不能添加維護二極管，否那么會限制帶寬，因此采樣示波器的平安輸入電壓大約只需3V，而數(shù)字存儲和數(shù)字熒光示波器卻可以處置50到100甚至500伏特的輸入。ADC初步ADC的幾種典型電路構造ADC的特性ADC的開展ADC是信號采樣系統(tǒng)的關鍵器件之一，是銜接模擬與數(shù)字系統(tǒng)的橋梁。隨著數(shù)字技術的飛速開展，ADC已被廣泛運用于語音、醫(yī)學成像、聲納、雷達、電子戰(zhàn)、儀器、消費電子和通訊系統(tǒng)中。而ADC的采樣速率和分辨力由于遭到半導體器件工藝、A/D變換的孔徑抖動、比較器的門限判決精度等要素的制約，開展比較緩慢，平均每8年提高1.5位。采樣速率/Hz分辨力/bit斜率：－1bit/倍頻程ADC的幾種典型電路構造ADC根據(jù)其電路方式主要有：閃速型(FLASH)適用于采樣高速、中低精度信號〔8bit左右〕；延續(xù)逼近型(SAR)電路構造簡單，數(shù)據(jù)吞吐量大，適用于采樣多路信號；

流水線型(PIPELINE)適用于采樣高速高精度信號，精度大于12bit；FLASH型ADC并行比較型ADC是目前可以見到的速度最快的ADC，它的構造和原理是比較簡單的主要用來實現(xiàn)高速中、低分辨率的A/D變換，目前可以實現(xiàn)的大部分并行比較型ADC都只需小于10比特的精度。逐次逼近型ADC由于電路構造簡單、功耗低，以較低的本錢得到很高的分辨率和采樣速度因此成為運用最為普遍的一種ADC，它包括一個高分辨率比較器、高速DAC和控制邏輯以及逐次比較存放器SAR型ADC逐次比較型ADC主要適用于中等轉換速率〔<1MHz〕和中等分辨率〔10～16位〕的場所。PIPELINED型ADCPipeline型ADC主要適用于中高速率〔>20MHz〕的高分辨率〔12～14位〕的場所。ADC的特性采樣率與采樣精度信噪比〔SNR〕無雜散動態(tài)范圍〔SFDR〕全功率模擬輸入帶寬信噪比〔SNR〕—量化誤差ADC的量化普通可分為有舍有入和只舍不入兩種方法。有舍有入法的量化誤差在〔-Q/2,Q/2〕范圍內均勻分布；只舍不入法的量化誤差在〔0,Q〕范圍內均勻分布，Q是ADC的最小電壓分辨力，稱為量化電平〔1LSB〕通常以為量化噪聲是在奈奎斯特頻率范圍〔0～fs/2〕內均勻分布，面積為。fs是奈奎斯特采樣頻率。假設ADC的滿度輸入為，那么量化誤差的方差為：信噪比〔SNR〕—實際值ADC的信噪比〔SNR〕與輸入信號的頻率和幅度有關。通常用滿度輸入SNR來表示，定義為輸入頻率一定的滿度信號，其A/D變換輸出的有用信號功率和量化噪聲的功率的比值：僅思索量化噪聲情況下的實際值，實踐的噪聲那么還包括電路噪聲、孔徑抖動、比較器模糊度等引起的噪聲信噪比〔SNR〕—處置增益當采樣率提高時，采集到的信號帶寬增大了，而量化噪聲功率是固定的并且不依賴于帶寬，這樣的量化噪聲分布在更大的帶寬上，就減小了落入信號有效頻帶〔0～Hz〕的量化噪聲。因此，提高采樣率，即利用過采樣的方法可以提高ADC最大能夠的信噪比。Gp處置增益有效位在有些時候運用另一種參數(shù)替代SNR，即有效比特位數(shù)〔ENOB〕。它的定義是：在理想ADC中均方誤差功率等于實踐ADC中均方剩余誤差功率時，理想ADC中需求的比特位數(shù)。即由于實踐ADC器件的一切誤差源的影響，引起SNR的下降，相對于采樣的有效比特位數(shù)也隨之下降。假設實踐的信噪比為SNR，那么有效比特位數(shù)為：無雜散動態(tài)范圍〔SFDR〕〔一〕另一個衡量ADC的目的是無雜散動態(tài)范圍〔SFDR〕，SFDR的定義是：當在ADC的輸入端輸入一個正弦信號，該正弦信號的功率除以在ADC輸出端信號頻譜的最大雜散信號峰值功率。SFDR允許人們評價一個ADC可以在非常大的信號存在的情況下，檢測到非常小信號的才干。SFDR通常是輸入信號幅度的函數(shù)，可以用相對于輸入幅度的分貝數(shù)〔dBc〕或相對于ADC滿量程的分貝數(shù)來表示〔dBFS〕無雜散動態(tài)范圍〔SFDR〕〔二〕無雜散動態(tài)范圍〔SFDR〕〔三〕對于一個理想的ADC，最大的SFDR發(fā)生在滿幅度輸入的情況下。在實踐的ADC中，最大的SFDR發(fā)生在輸入幅度至少比全幅度輸入小幾個分貝時，這是由于當輸入接近滿幅度時，ADC的呼應變得更加非線性，產(chǎn)生更多的失真。另外，由于實踐輸入信號幅度的隨機動搖，當輸入信號幅度接近滿幅度時，信號幅度超出滿幅度的概率就增大，這又另外產(chǎn)生了剪切失真。因此，在ADC的運用中防止輸入信號幅度接近滿幅度是非常重要的〔即留有“凈空〞〕。對實踐ADC估計其SFDR是困難的，所以通常用丈量的方法給出ADC的SFDR目的。全功率模擬輸入帶寬當運用ADC做帶通采樣時，進入ADC的最大輸入頻率大于采樣頻率的一半，此時，全功率模擬輸入帶寬是一個重要的目的。通常對全功率模擬輸入帶寬的定義是從0頻率到某一個頻率，在這個頻率上，ADC的輸出比最大輸出降低3dB。通常，ADC應該任務于全功率模擬輸入帶寬之內。也就是說，雖然可以運用帶通采樣將高于采樣頻率一半的信號采集進來，但是被采樣的信號帶寬必需在ADC的全功率模擬輸入帶寬之內；否那么的話，在模擬輸入帶寬之外的頻率成分被衰減得很多，無法真實地反映原始信號。非線性誤差非線性誤差是指ADC實際轉換值與其實踐特性之間的差別。非線性誤差又可分為：差分非線性〔DNL〕誤差；積分非線性〔INL〕誤差。差分非線性〔DNL〕誤差差分非線性誤差是指，對于一個固定的編碼，實際上的量化電平與實踐中最大電平之差。常用與理想量化電平相比，用所差的百分比或零點幾位來表示。差分非線性誤差主要由于ADC本身電路構造和制造工藝等緣由，引起在量程中某些點的量化電壓和規(guī)范的量化電壓不一致而呵斥的。差分非線性〔DNL〕誤差積分非線性〔INL〕誤差積分非線性誤差是指ADC實踐轉換特性與理想轉換特性直線之間的最大偏向。常用滿刻度值的百分數(shù)來表示。理想直線可以利用最小均方算法得到。積分非線性誤差是由于ADC模擬前端、采樣堅持器及ADC轉換器的傳送函數(shù)的非線性所呵斥的。積分非線性〔INL〕誤差波形顯示技術點顯示技術——捕獲方式點顯示就是在屏幕上以有間隔的點的方式將被獲取的信號波形顯示出來?？梢宰龅秸_顯示的前提是必需有足夠的點來重構信號波形。數(shù)據(jù)點插值技術經(jīng)過插值補充相鄰的樣點之間的數(shù)據(jù)，處理點顯示中的視覺錯誤問題。捕獲方式捕獲方式控制如何從采樣點中產(chǎn)生出波形點采樣點是直接從模數(shù)轉換器〔ADC〕中得到的數(shù)字值。采樣間隔指的是相鄰采樣點的時間。波形點指的是存儲在存儲區(qū)內的數(shù)字值，它將重構顯示波形。相鄰波形點之間的時間差用波形間隔表示。采樣間隔和波形間隔可以一致，也可以不一樣。由此產(chǎn)生出幾種不同的實踐捕獲方式。常見的捕獲方式類型有：采樣方式、峰值檢測方式、高分辨率(HiRes)方式、包絡方式和平均值方式捕獲方式——采樣方式最簡單的捕獲方式，每一個波形間隔，示波器存儲一個采樣點的值，并做為波形的一個點，在采樣方式下不能捕獲發(fā)生在波形點之間的快速變化的信號。捕獲方式——峰值檢測方式示波器將波形間隔內采樣出來的采樣點，選取其中的最小值和最大值，并把這些樣值當作兩個相關的波形點。采用峰值檢測方式的示波器以非常高的采樣速率運轉ADC，因此可以非常有效地能察看到偶爾發(fā)生的窄脈沖。捕獲方式——包絡方式包絡方式與峰值檢測方式類似，但是包絡方式是由多次捕獲得到的多個波形的最小和最大波形點，重新組合為新波形，表示波形隨時間變化的最小/最大量。捕獲方式——平均值方式對于平均值方式，在每一個波形間隔，示波器存儲一個采樣點，這一點與采樣方式一致。隨后處置方式那么不同，該方式算出延續(xù)捕獲得到的波形點的平均值，然后產(chǎn)生最后的顯示波形。平均值方式在減少噪聲的同時并沒有損失帶寬，但它處置對象是反復的信號。捕獲方式——高分辨率方式該方式在一個波形點時間間隔內，采多個樣值，然后算出平均值，得到一個波形點。此時噪聲會對結果產(chǎn)生負面影響，而低速信號的分辨率會提高。數(shù)據(jù)點插值技術線性插值法：在相鄰樣點處直接銜接上直線。這種方法局限于重建直邊緣的信號，比如方波。sinx/x插值法：利用曲線來銜接樣點，通用性更強。這種插值法彎曲信號波形，使之產(chǎn)生比純方波和脈沖更為現(xiàn)實的普通外形。當采樣速率是系統(tǒng)帶寬的3到5倍時，sinx/x插值法是建議的插值法。插值方式〔二〕數(shù)字示波器的根本運用示波器包含四個不同的根本系統(tǒng)：垂直系統(tǒng)、程度系統(tǒng)、觸發(fā)系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。示波器的前面板分為三個主要的區(qū)垂直區(qū)：信號的衰減和放大值。經(jīng)過控制伏特/格，可以把信號的幅度調整到期望丈量范圍內。程度區(qū)：時基。經(jīng)過控制秒/格，可以顯示屏中每一程度刻度代表的時間量。觸發(fā)區(qū)：示波器觸發(fā)。利用觸發(fā)電平，可以穩(wěn)定反復信號，或者觸發(fā)單一的事件。垂直系統(tǒng)的根本控制波形垂直的位置和標度由垂直控制部分調控。垂直控制還能設置耦合方式和其他的信號條件。通用垂直控制包括：垂直位置控制〔位置、標度、縮放、偏移〕耦合方式：DC直流AC交流GND地線帶寬限制：20MHz250MHz全帶寬端接設備：1M歐50歐垂直位置控制

控制波形的準確地上下挪動和調理每刻度的電壓值。調理每刻度電壓值〔通常記為volts/div，伏特/格〕，那么顯示波形大小會隨之改動。較好的通用示波器可以準確顯示信號電平范圍大約是從4微伏到40伏特。需留意的是探頭有1X或10X兩檔衰減值，假設示波器沒有自動將伏特/每格除以衰減系數(shù)，那么需本人設置；輸入耦合方式——DC、AC或者GND耦合指的是一個電路與另外一個電路中的電信號的銜接方式，指測試電路與示波器的銜接。DC耦合會顯示一切輸入信號AC耦合去除信號中的直流成分，結果是顯示的波形一直以零電壓為中心。當整個信號〔振蕩的電流＋直接電流〕大于伏特/格的設置時，AC耦合非常適用。察看地線，就可以知道屏幕中零電壓的位置測試信號電壓相對地的電平值的便利方法為，把耦合從DC轉換到地，再重新轉換回DC。帶寬限制普通示波器都存在限制示波器帶寬的電路。限制帶寬后，可以減少顯示波形中不時出現(xiàn)的噪聲，顯示的波形會顯得更為明晰。但要留意的是，在消除噪聲的同時，帶寬限制同樣會減少或消除高頻信號成分。端接設備1MΩ/50Ω位置和秒/格程度位置控制使波形在屏幕上左右準確挪動。秒/格設置〔通常記為sec/div，秒/格〕可以使您選擇波形描畫到屏幕上的速率〔也被稱為時基設置和掃描速度〕。該設置是一個標度因數(shù)。假設設置為1ms，那么表示程度方向每刻度表示1ms，而整個屏幕寬度代表10ms，或者10格。改動sec/div設置，可以看到輸入信號的時間間隔作增長和縮短的變化。程度系統(tǒng)的根本控制縮放示波器能夠有一種專門的程度放大設置，經(jīng)過它，可以在屏幕上放大波形的一部分。數(shù)字存儲示波器〔DSO〕在存儲數(shù)字數(shù)據(jù)部分有對縮放的操作。XY程度方式XY程度方式用兩個輸入通道把示波器從電壓對時間的顯示轉換成電壓對電壓的顯示。通道1是X軸輸入，通道2是Y軸輸入，這樣利用李薩如法就可以丈量兩個一樣頻率信號的相位差。觸發(fā)系統(tǒng)和控制示波器的觸發(fā)功能可以在信號的正確點處同步程度掃描，用來穩(wěn)定反復波形，采集單脈沖波形。觸發(fā)器使反復波形可以在示波器屏幕上穩(wěn)定顯示，實現(xiàn)方法是不斷地顯示輸入信號的一樣部分。否那么假設每一次掃描的起始都從信號的不同位置開場，那么屏幕上的圖象會很混亂觸發(fā)系統(tǒng)和控制——觸發(fā)方式模擬和數(shù)字示波器都有邊緣觸發(fā)的方式，邊緣觸發(fā)是最根本和常見的類型。模擬和數(shù)字示波器都提供觸發(fā)門限，除此之外，許多高級數(shù)字示波器還提供許多特定的觸發(fā)設置，而這些設置是模擬設備所不具備的，它們使對信號的檢測得到簡化。高級觸發(fā)控制使您可以單獨關注感興趣的地方，這樣可以使示波器采樣速率和記錄長度得到優(yōu)化。有一些示波器提供更高級的可選控制。您可以定義由脈沖幅度觸發(fā)〔比如矮脈沖〕，由時間限定〔脈沖寬度、毛刺、信號壓擺速率、建立/堅持時間違規(guī)和超時〕，以及由邏輯形狀或碼型〔邏輯觸發(fā)方式〕。

觸發(fā)系統(tǒng)和控制——常見觸發(fā)方式觸發(fā)位置數(shù)字示波器提供了程度觸發(fā)位置控制，它代表的是波形記錄中觸發(fā)的程度位置，變卦程度觸發(fā)位置，可以采集觸發(fā)事件以前的信號，這樣，可以確定觸發(fā)點前面部分和后面部分所包含的可視信號的長度。模擬示波器在垂直系統(tǒng)中由延遲線提供了小量的預觸發(fā)。觸發(fā)電平和斜率斜率控制決議觸發(fā)點是位于信號的上升沿還是下降沿。上升沿具有正斜率，而下降沿是負斜率；電平控制決議觸發(fā)點在邊緣的何處發(fā)生。觸發(fā)源任何一個輸入通道；不同于輸入通道的外部源；電源信號；來自一個或多個通道，并由示波器內部定義的信號；留意：示波器可以運用交替的觸發(fā)源，而不一定是被顯示信號，如無意之中以通道1作觸發(fā)，而實踐又是顯示的通道2的波形。觸發(fā)方式通用觸發(fā)方式有正?！睳ormal〕和自動(Auto)兩種在正常方式下，只需當輸入信號滿足設置的觸發(fā)點時，才進展掃描；否那么〔對模擬示波器而言〕屏幕呈黑色或者〔對數(shù)字示波器而言〕凍結在上一次捕獲的波形圖上；在自動方式下，即使沒有觸發(fā)，也能引起示波器的掃描。假設沒有信號輸入，示波器中的定時器觸發(fā)掃描。這使得即使信號并不引起觸發(fā)，顯示也總不會消逝。因此，實際中經(jīng)常首先采用自動方式調整好示波器，然后利用正常方式察看所感興趣的內容。觸發(fā)耦合觸發(fā)耦合通常有AC或DC兩種，有的示波器還有高頻抑制、低頻抑制和噪聲抑制的觸發(fā)耦合方式。這些設置對消除觸發(fā)噪聲很有用途，噪聲的消除可以防止錯誤的觸發(fā)。示波器的運用—選用參考帶寬—采樣率示波器帶寬指的是正弦輸入信號衰減到其實踐幅度的70.7%時的頻率值，即－3dB點，假設沒有足夠的帶寬，示波器將無法分辨高頻變化。幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會消逝，細節(jié)數(shù)據(jù)將被喪失。5倍準那么：BW>＝fmax×5此時示波器的丈量