数字存储示波器

技术指标

　　1． 取样速率 fmax

　　定义：单位时间内完成的完整 A／D 转换的次数。

　　取样速率主要由 A／D转换器的转换速率来决定。 取样速率愈高，仪器捕捉信号的能力愈强

　　数字存储示波器在某个测量时刻的实际取样速率可根据示波器当时设定的扫描时间因数（t/div）推算。其推算公式为

　　f=N/(t/div)

　　式中  N——每格的取样数；

　　t/div——扫描时间因数，扫描一格所占用的时间。亦称扫描速度，

　　例如， 若某数字示波器的扫描时间因数设定为10μs/div， 每格取样数为100点，则此时的取样速率等于10MHz。

　　很显然，数字示波器取样速率fmax与示波器最快扫描速度相对应。若该数字示波器最快扫描速度为100μs/div，则其fmax为1GHz。

　　2． 存储容量

　　存储容量又称记录长度，用记录一帧波形数据占有的存储容量来表示，常以字（word）为单位。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。

　　数字存储器的存储容量通常采用 256B，512B，1KB，4KB 等。存储容量愈大，水平分辨率就愈高。但存储容量并非越大越好，由于仪器取样速率的限制，若存储容量选取不恰当，往往会因时间窗口缩短而失去信号的重要成分，或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低。

　　3． 存储带宽

　　存储带宽与取样速率密切相关。根据取样定理，如果取样速率大于或等于信号频率分量的2倍，便可重现原信号波形。实际上，在数字存储示波器的设计中，为保证显示波形的分辨率，往往要求增加更多的取样点， 一般一个周期取4～10点。

　　4． 分辨率

　　分辨率用于反映存储信号波形细节的综合特性。

　　分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率与 A/D 转换器的分辨率相对应，常以屏幕每格的分级数 (级/div) 表示。水平分辨率由存储器的容量来决定，常以屏幕每格含多少个取样点（点/div）表示。

　　示波管屏幕坐标的刻度一般为 8×10 div。若示波器采用8位 A/D 转换器(256级)，则其垂直分辨率为32级/div，用百分数表示为 1/256≈0.39％。若采用容量为1KB的存储器，则水平分辨率为 1 024/10≈100 点/div，或用百分数表示为 1/1 024≈0.1％。

与模拟示波器的区别

　　（1) 　数字存储示波器在存储工作阶段，对快速信号采用较高的速率进行取样与存储，对慢速信号采用较低速率进行取样与存储，但在显示工作阶段，其读出速度采取了一个固定的速率，不受取样速率的限制，因而可以获得清晰而稳定的波形。
　　◆　可以无闪烁地观察频率很低的信号，这是模拟示波器无能为力的。
　　◆　对于观测频率很高的信号来说，模拟示波器必须选择带宽很高的阴极射线示波管，这就使造价上升，并且显示精度和稳定性都较低。而数字存储示波器采用了一个固定的相对较低的速率显示，从而可以使用低带宽、高分辨率、高可靠性而低造价的光栅扫描式示波管，这就从根本上解决了上述问题。若采用彩色显示,还可以很好地分辨各种信息.
　　(2) 具有先进的触发功能。数字存储示波器不仅能显示触发后的信号，而且能显示触发前的信号，并且可以任意选择超前或滞后的时间，这对材料强度、地震研究、生物机能实验提供了有利的工具。除此之外，数字存储示波器还可以向用户提供边缘触发、组合触发、状态触发、延迟触发等多种方式，来实现多种触发功能，方便、准确地对电信号进行分析。
　　(3) 测量精度高。模拟示波器水平精度由锯齿波的线性度决定，故很难实现较高的时间精度，一般限制在3[[[[%]]]]～5[[[[%]]]]。而数字存储示波器由于使用晶振作高稳定时钟，有很高的测时精度。采用多位A/D转换器也使幅度测量精度大大提高。尤其是能够自动测量直接读数，有效地克服示波管对测量精度的影响，使大多数的数字存储示波器的测量精度优于1[[[[%]]]]。
　　(4) 具有数字信号的输入/输出功能， 所以可以很方便地将存储的数据送到计算机或其他外部设备,进行更复杂的数据运算或分析处理。同时还可以通过GP－IB 接口与计算机一起构成强有力的自动测试系统。

历史

　　从并行测量发展到串行测量过去的嵌入式设计通常采用并行体系结构，这意味着每个总线组成部分都有各自的路径。因此，只要您可以使用码型触发或状态触发找出感兴趣的事件，就可以直观地解码总线上的数据。
　　然而，现代嵌入式设计一般采用串行体系结构——即连续发送总线数据。这样做的原因是它需要的电路板空间较小、成本较低，并且采用嵌入时钟，功率要求也较低。CAN数据流，其中除嵌入时钟外，CAN信息还包含帧识别符开始、地址、数据长度码、数据、CRC和帧识别符结束。分析和触发这种串行数据通常比并行数据要困难得多。
　　因此，制造商目前提供了各种串行数据触发功能、搜索特性和协议观察程序，以帮助您找出关注的事件并对其进行解码和测量。例如，AgilentInfiniium90000A系列示波器具有串行数据分析软件包，支持大量协议，其中包括CAN、LIN、I2C、SPI、Flexray、SAS、SATA、XAUI、光纤信道、DVI/HDMI、Infiniband和PCI-express（1.1和2.0）。
　　随着此类协议不断涌现及新一代协议进入市场，供应商必须跟上新技术的发展步伐，使用户能有效地利用这些协议进行工作。
　　混合信号示波器
　　（MSO）是十几年前由惠普/安捷伦科技公司首次推出的。它是一种综合测试仪器，具有的可用性、逻辑分析仪的测量能力以及某些串行协议分析功能。在MSO的显示器上，您可以查看各种按时间排列的模拟波形和数字波形。虽然MSO未能提供逻辑分析仪所能提供的所有通道（MSO通常有2~4个模拟输入和大约16个数字输入），但其用途完全可以弥补这一点。逻辑分析仪过于复杂，难以使用，而示波器则比较简便。这正是MSO的优势——集各种测试设备之所长，并在它们之间找到完美的平衡点。
　　MSO是针对当前技术中流行的嵌入混合信号系统而创建的。例如，汽车电子系统通常都有数字控制的模拟马达控制器和传感器。过去，人们通常选择传统示波器来分析这类系统，但示波器往往没有足够的触发能力和输入通道。因此，人们必须还要使用逻辑分析仪，结果使设置和操作更加复杂。
　　MSO完全解决了这一问题，并且业经验证，是分析嵌入式混合信号系统的仪器。
　　功能强大的便携式示波器/定制通用示波器以往，性能高的示波器体积都很庞大，便于携带的示波器性能又较低，而用户只能二者之一。现代的高速设计和串行数据使许多人迫切需要一款便携式高性能。AgilentInfiniiVision7000系列示波器应需而生，它虽然体积很小（深6.5英寸、重13磅），但却具有MegaZoomIII深存储器、100000个波形/秒的更新速率、硬件加速的串行触发和解码功能。这使您可以拥有一款极具便携性的高性能示波器。
　　目前，人们还越来越多地利用许多同类示波器中提供的软件包来定制其通用示波器。一些软件应用程序，例如各种串行解码软件包、矢量分析（VSA）软件、功率应用软件以及离线查看和分析软件，使用户能以非常个性化的方式来定制和使用他们的通用示波器。