第6章時域測量

第六章時域測量本章要點：·示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理·通用示波器的組成原理、特性與應用·取樣技術在示波器中的應用·數(shù)字示波器的組成原理、信號采集處理技術、特性與功能本章開始將介紹幾種圖示式儀器，從三個方面去進行研究，即時域(TimeDomain)反映的幅度U與時間T的關系(如示波器)、頻域(FrequencyDomain)反映的幅度U與頻率F的關系(如頻譜儀)及調制域(ModulationDomain)。下面將分三章介紹三種圖示式儀器：時域——示波器、頻域——頻譜儀和數(shù)據(jù)域——邏輯分析儀。T圖6.1調頻波頻譜圖FU調制域頻域時域6.1時域測量引論6.1.1示波器的功用1.示波器是一種基本的、應用最廣泛的時域測量儀器。2.是一種全息儀器。示波器能讓人們觀察到信號波形的全貌，能測量信號的幅度、頻率、周期等基本參量，能測量脈沖信號的脈寬、占空比、上升（下降）時間、上沖、振鈴等參數(shù)，還能測量兩個信號的時間和相位關系。這些功能是其它電子儀器難以勝任的。3.示波器從早期的定性觀測，已發(fā)展到可以進行精確測量。4.示波器是其它圖式儀器的基礎。對掃頻儀、頻譜儀、邏輯分析儀以及醫(yī)用B超等各種圖示儀器就容易理解了。6.1.2示波器的分類

從1947年世界上第一臺示波器誕生至今經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展進步，已出現(xiàn)了多種多樣的示波器。大致情況如下：技術原理上分為：模擬示波器和數(shù)字示波器。也有廠家將模擬示波器稱第一代示波器，而數(shù)字示波器按技術進步情況已分為二、三、四代了。按顯示屏可分為：陰極射線示波管（CRT）、液品屏（TFT）及熒光屏（VFD）。按顯示原理分為：光點掃描、光柵掃描和矩陣像素點顯示等。按帶寬分檔情況：模擬示波器60MHz以下為低檔，300MHz以上算高檔，最高帶寬只做到1~2GHz水平。數(shù)字示波器500MHz以下為低檔，500~2GHz為中檔，2GHz以上為高檔。當今數(shù)字示波器雖已占主導地位，但模擬示波器是數(shù)字示波器的基礎，許多基本原理、術語、技術指標和應用方法都是在模擬示波器的基礎上發(fā)展起來的，有些領域還在應用模擬示波器及其相關的技術產(chǎn)品，因此開始還得先介紹模擬示波器，然后重點討論數(shù)字示波器。6.1.3示波器的組成Y（垂直）通道：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和輸出放大器組成，實質上是個多級寬頻帶、高增益放大器，主要對被測信號進行不失真的線性放大，以保證示波器的測量靈敏度。X（水平）通道：由觸發(fā)電路、時基發(fā)生器和水平輸出放大器組成，主要產(chǎn)生與被測信號相適應的掃描鋸齒波。顯示屏：主要由陰極射線管組成，常以CRT(CathodeRayTube)表示，通常稱為示波管。當前以光點和光柵方式作顯示屏的主要采用示波管。另外，平板顯示屏是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是液晶顯示屏（LCD）已經(jīng)應用于示波器了。Y(垂直)通道X(水平)通道電源圖6.2示波器的基本組成顯示屏顯示屏的種類當前用于示波器的主要是：示波管、TFT液晶屏及熒光屏VFD。本節(jié)著重介紹當前應用最廣的示波管和TFT液晶屏。示波管CRT靜電偏轉：光點軌跡顯示---用于示波器、雷達距離顯示器、醫(yī)療儀器磁場偏轉：光柵增輝顯示---用于電視機、醫(yī)療儀器、雷達環(huán)顯等被動發(fā)光：液晶屏LCD+背光板--數(shù)字三用表等小型電子儀器平板顯示FPD主動發(fā)光液晶屏TFT---示波器、計算機顯示器、電視機顯示器等熒光屏VFD---示波器、家電產(chǎn)品的顯示屏等離子PDP---電視機顯示屏發(fā)光二極管LED---數(shù)字儀表、大型廣告顯示屏場致發(fā)射FED---成品率低，尚處商品化研發(fā)中電致發(fā)光EL板---儀表數(shù)顯、廣告裝飾

顯示屏的種類6.2.示波管及波形顯示原理示波管屬于電真空器件，又稱為陰極射線管（CRT）。KG1G2A1A2Y2X2F~6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦UA1輔助聚焦后加速極A3＋15KV電子槍偏轉系統(tǒng)熒光屏Y1真空玻璃管圖6.3陰極射線示波管Z軸蘭色：電力線紅色：等位面6.2.1示波管1.電子槍電子槍的作用是發(fā)射電子并形成強度可控制的很細的電子束。它由以下幾部分組成：1.燈絲F——在交流低壓(如6.3V)下使鎢絲燒熱,用于加熱陰極。2.陰極K——是一個表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內部自由電子容易逸出）的金屬3.第一柵極G1——調節(jié)G1的電位可以調節(jié)示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。當控制信號加于G1，其亮度可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的Z軸電路。4.第二柵極G2——隔離開G1和A1，以減小亮度調節(jié)與聚焦調節(jié)的相互影響。5.第一陽極A1——與第二陽極A2構成一個電子透鏡，對電子束起聚焦作用。6.第二陽極A2——是個更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與A1構成電子透鏡。7.第三陽極A3——具有上萬伏的高壓，用于對電子束加速，故也稱后加速陽極。2.偏轉系統(tǒng)1．靜電偏轉---光點法----用干示波器2..磁偏轉-----光柵法----用于電視機、計算機顯示器及示波器。圖6.4電子束的偏轉LSYUyUa屏幕電子束A2比例系數(shù)稱為示波管的偏轉因數(shù)，單位為cm/V，它的倒數(shù)Dy＝1／hy稱為示波管的偏轉靈敏度，單位為V/cm。偏轉靈敏度是示波管的重要參數(shù)。3.熒光屏在示波管正面內壁涂上一層熒光物質，熒光物質將高速電子的轟擊動能轉變?yōu)楣饽埽a(chǎn)生亮點。余輝時間：當電子束從熒光屏上移去后，光點仍能在屏上保持一定的時間才消失。從電子束移去到光點：亮度下降為原始值的10％，所延續(xù)的時間稱為余輝時間．小于10μs的為極短余輝；不同熒光材料余輝時間不一樣：10μs～1ms為短余輝（通常是藍色，便于攝影感光）；1ms～0.1s為中余輝（通常為綠色，眼睛不易疲勞）；0.1s～1s為長余輝（通常是黃色）；大于1s為極長余輝（通常是黃色）。6.2.2示波管波形顯示原理1.光點掃描顯示原理光點位置控制：(示波管熒光屏)uyY1Y212340t13024(a)(b)tX2X100uxTsTn++++--------++++光點在合力作用下移動.2.信號與掃描電壓的同步uy12340tTsuxuyuxX1X2Y1Y212340t0Tn12340圖6.5掃描過程uyTsTnt0135791086420,81,9537210412681tux25791233445667108圖6.6掃描電壓與被測信號同步同步：Tn/TS=nN=1，2，…波形穩(wěn)定若顯示兩個正弦波怎么辦？3.連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描：一開機就有掃描線，來信號同步后波形才穩(wěn)定。觸發(fā)掃描：一開機沒有掃描線，來信號觸發(fā)后波形才穩(wěn)定。TsttttuyuxuxuxTnTn圖6.8連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較1mS1μS9996.3平板顯示技術（只簡介TFT-LCD）最為常見的為TFT-LCD（ThinFilmTransistorLCD薄膜晶體管液晶顯示器）。

圖6.9液晶顯示器的一個像素結構原理圖紅(R)熒光粉綠(G)熒光粉綠(G)可見光藍(B)熒光粉玻璃板透明電極(公用)透明電極液晶體背光燈源液晶(LiquidCrystal)介于液態(tài)與固態(tài)之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物，加電或受熱后會呈透明的液體狀態(tài)，斷電或冷卻后則會出現(xiàn)結晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。圖6.10液晶平板顯示器的結構示意圖圖6.11液晶平板顯示器的等效電路示意圖LCD平板顯示器是矩陣式結構，每一個交叉點就是一個像素行（X）驅動信號由掃描電路產(chǎn)生；列（Y）驅動信號則是將要顯示的信號經(jīng)過數(shù)字化以后寫入數(shù)據(jù)存儲器，而后再讀出用于顯示。6.4模擬示波器6.4.1模擬示波器的組成通用示波器是指示波器中應用最廣泛的一種，它通常泛指采用單束示波管、除取樣示波器及專用或特殊示波器以外的各種示波器。圖6.12通用示波器的主要組成框圖6.4.2示波器的Y(垂直)通道示波器的Y通道的任務是將被觀測的信號盡量不失真地加到示波管Y偏轉板上。1.探頭（探極）作用提高輸入阻抗作用減小外界干擾提高可測測電壓幅度分類無源電壓探頭有源電壓探頭有源電流探頭注意：探頭不能張冠李戴，必須配對使用。否則300MHz帶寬的示波器可能不到50MHz的效果。1)無源電壓探頭20pF示波器180pF探頭圖6.13通用示波器探極原理圖輸入電阻：1MΩ→10MΩ輸入電容：180pF→18pF展寬了頻帶：50MHz左右若附加RLC匹配網(wǎng)絡能擴展到300MHz圖中電阻9M和1M構成分壓比：10︰1擴展示波器的量程上限2)有源探頭圖6.15源極跟隨器式探頭的基本電路現(xiàn)代示波器帶寬已達幾十GHz，相應要求探頭必須也要寬頻帶，無源探頭已無法滿足。圖6.15是采用源極跟隨器的有源探頭的簡單示例，實際好的寬帶探頭結構較復雜，售價千元以上。2.耦合耦合與衰減器cACDC50Ω1MΩ1MΩ地20p7~30pf.100Ω1k10k100k1Mf1KHz10K100K1M10M100M10M50ΩAC：交流耦合，電容C隔直流，只能通過交流信號DC：直接耦合，信號中保留直流成分與信號源不匹配時帶寬衰減很快當與50Ω信號源匹配時可擴展帶寬衰減器圖6.17輸入衰減器原理示意圖uiuoC1C2R1R2對于直流或低頻情況：對于高頻情況當滿足

R1C1=R2C2

能在很寬頻率范圍得到最佳補償，使信號不失真。R1C1=R2C2R1C1>R2C2R1C1<R2C2示波器的衰減器實際上由一系列RC分壓器組成，改變分壓比即可改變示波器的偏轉靈敏度。這個改變分壓比的開關即為示波器靈敏度粗調開關，在面板上常用V/cm加標記。通常示波器的靈敏度都是按1、2、5步進，例如，10mV/cm~20V/cm分11檔。3.延遲線td=100ns~200ns延遲電纜或LC延遲網(wǎng)絡圖6.18延時線的作用tTtd4.Y放大器Y放大器使示波器具有觀測微弱信號的能力。Y放大器應該有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠寬的頻帶和對稱輸出的輸出級。通常把Y放大器分成前置放大器和輸出放大器兩部分。fU寬頻帶、高增益差分放大示波器售價主要決定帶寬主要按鈕：垂直（Y）位移-----調Y放大器直流電位，使水平基線上下移動。尋跡-----有時Y增益過大,基線跑出屏幕,按“尋跡”倍率-----若把“倍率”置于“×5”,則負反饋減小，使增益大大降低拉回基線增益增加5倍，這便于觀測微弱信號。圖6.12通用示波器的主要組成框圖示波器的X通道主要由掃描發(fā)生器環(huán)、觸發(fā)電路和X放大器組成．（見圖6.12：示波器組成框圖）

6.4.3示波器的X(水平)通道ABCABC觸發(fā)脈沖掃描門掃描電壓圖6.19X通道的組成框圖在X通道中“掃描環(huán)”是關鍵，特進一步展開畫出，但這僅是最簡單的原理示意圖1.觸發(fā)電路作用----為掃描門提供觸發(fā)脈沖觸發(fā)電路及其在面板上的對應開關現(xiàn)通過一個簡單實例講其組成原理觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式觸發(fā)極性和電平選擇1)觸發(fā)源選擇“內”觸發(fā)：利用從Y通道來的被測信號作觸發(fā)信號，這是最常用的情況；“外”觸發(fā)：是用外接信號作觸發(fā)信號，但觸發(fā)信號的周期應與被測信號有一定的關系，外觸發(fā)常用在被測信號不適宜作觸發(fā)信號或比較兩個信號時間關系的情況。“電源觸發(fā)”：在觀測與電源有關的信號時，可選“電源”觸發(fā)，以便于與電源同步。2)觸發(fā)耦合方式

“DC”直接耦合：用于直流或緩慢變化的信號進行觸發(fā)時；“AC”交流耦合：若用交流信號觸發(fā)，置AC方式，這時電容C1（約0.47μF）起隔直作用；“低頻抑制”：利用C1、C2（約0.01μF）串聯(lián)后的電容，抑制信號中大約2kHz以下的低頻成分，主要目的是濾除信號中的低頻干擾；“HF”高頻耦合：利用C1和更小的C3（約1000pF）串聯(lián)后只允許通過頻率很高的波3)觸發(fā)電平與觸發(fā)極性選擇其作用是讓使用者可以選定在被測信號波形的某一點上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，也就是可以自由選定從信號的某一點開始觀測。

示波器窗口現(xiàn)代示波器中設計了“自動觸發(fā)電路”，使觸發(fā)點能自動地保持在最佳的觸發(fā)電平的位置。圖6.20不同觸發(fā)“極性”和“電平”時顯示的波形(a)正極性、正電平(b)負極性、正電平(c)正極性、負電平(b)負極性、負電平AABCD2.掃描發(fā)生器環(huán)（時基電路）作用：產(chǎn)生由觸發(fā)脈沖啟動的掃描鋸齒波信號。是示波器發(fā)展史上的一個重大進步。它使示波器實現(xiàn)了既可連續(xù)掃描，又可觸發(fā)掃描，且不管哪種掃描都可以與外加信號自動同步，而不必麻煩地調節(jié)Tn=nTs來同步。掃描門掃描發(fā)生器環(huán)的組成模擬閉環(huán)自動控制電路1)掃描門（產(chǎn)生時基閘門方波，可以是任何雙穩(wěn)態(tài)電路）uo回差ub1

ub1

E0

E0

釋抑電壓觸發(fā)脈沖

ub1直流電平E0

釋抑電壓

ub1上觸發(fā)電平下觸發(fā)電平復習專業(yè)基礎課：施密特電路及其滯后特性2)積分器（產(chǎn)生鋸齒掃描電壓波，可用密勒(Miller)積分器）Uu0Uu0Uui密勒積分器RC（分檔）E（微調）改變鋸齒波斜率，即掃描速度定義顯示屏上單位長度所代表的時間為示波器的掃描速度Ss(t/cm)按1、2、5分多檔，例如分21檔：0.2μS~1S/cm復習專業(yè)基礎課：用密勒積分路產(chǎn)生鋸齒波3)比較和釋抑電路比較和釋抑電路示意圖-E充電放電通過一個最簡單的電路來講述原理4)觸發(fā)掃描狀態(tài)欲看3個脈沖：1、5號脈沖觸發(fā)有效2、3號脈沖無用4號脈沖要抑制注意：三個時刻：t1、tp、t2三個時間：tb、th、tw要求：

th>tb（釋抑放電時間大于回掃時間）圖6.21比較和釋抑電路的工作UPuouitptw實用中只要選定s/cm，掃描環(huán)則會自動掃出合適的時基線。（不必調Tn/TS=n同步了）5)連續(xù)掃描狀態(tài)予置：E0>E1環(huán)路自激Ch放電至E1打開閘門，掃描開始，到Up，Ch充電，到E2掃描結束，Ch又放電。當有信號（紅色觸發(fā)脈沖）則環(huán)路被信號所同步。6)結論：E0調節(jié)觸發(fā)掃描：E1≥E0>E2------常態(tài)連續(xù)掃描：E0>E1>E2-----自動、高頻外觸發(fā)掃描：E0≥E2掃描環(huán)的巧妙加入，通過調節(jié)E0（RW穩(wěn)定度）可使電路處于：“常態(tài)”觸發(fā)掃描狀態(tài)；“自動”低頻連續(xù)掃描狀態(tài)；“高頻”高頻連續(xù)掃描狀態(tài)且不管哪種掃描都能自動與被測信號同步。說明：上面是以最簡單的電路來講述環(huán)路工作原理的，實際電路更完善更先進。3.X放大器（見圖6.19）1)作用：放大掃描鋸齒電壓并對稱地加至水平偏轉板2)特點：帶寬比Y通道窄5-10倍3)按鈕：水平（X）位移----X—Y工作模式----X擴展----X放大器增益：×5；×10圖6.23X擴展示意圖6.4.4示波器的多波形顯示1.多線顯示和多蹤顯示1)多線顯示兩個電子束，兩個Y通道相互獨立，可以實時看到兩個瞬變信號。這種能產(chǎn)生多個電子束的示波管工藝要求較高、價格較貴。2)多蹤顯示uAuB圖6.24雙蹤示波器Y通道方框圖工作方式：ABA+BA-B交替斷續(xù)注意：由誰觸發(fā)？A、B各自觸發(fā)，則不便比較時間關系。A、B共一觸發(fā)，便于比較時間關系。(a)“交替”方式適合觀測高頻信號交替描繪A、B兩路非實時（隔周）比較(b)“斷續(xù)”方式適合觀測低頻信號多次取樣，準實時波形非連續(xù)，可能uAuAuBuB漏掉信息2.雙時基掃描既可看全景，又可看局部（雷達、特寫鏡頭）圖6.26雙掃描示波器的組成工作方式：A工作模式；B加亮A；A延遲B工作6.4.5模擬示波器的應用1.通用示波器的主要技術指標1)帶寬、上升時間Y通道的頻帶寬度(Bw)，2)掃描速度

掃描速度反映示波器在水平方向展開信號的能力。掃描速度是光點的水平移動速度，單位是s/cm，或s/div。div(格)一般為1cm。3)偏轉靈敏度

偏轉靈敏度Dy反映示波器觀察微弱信號的能力。單位為mV/cm或V/div。4)輸入阻抗示波器輸入阻抗一般可等效為電阻和電容并聯(lián)。5)掃描方式示波器掃描方式可分為連續(xù)和觸發(fā)掃描兩種，隨示波器功能的擴展，還出現(xiàn)了多種的雙時基掃描。主要有延遲掃描、組合掃描、交替掃描等，但此時示波器中要有兩套掃描系統(tǒng)。6)觸發(fā)特性為了將被測信號穩(wěn)定地顯示在屏幕上，掃描電壓必須在一定的觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生。2.通用示波器的選用原則選用示波器的主要依據(jù)是上述各項技術性能指標，但最主要的是帶寬。示波器Y通道BW=100MHztr=0.35/BW

=3.5nStx=0tx=10nStrx=3.5nStrx=？trx=10+3.5？因兩獨立變量應均方相加則但這樣測讀太麻煩，最好這要滿足什么條件呢？經(jīng)誤差分析，Δtrx/trx%圖6.28示波器帶寬對讀出誤差的影響可得右圖關系：tx/tr=1時，屏幕讀數(shù)相對誤差通常要求選用的示波器上升時間要tx/tr=3～5對于一般連續(xù)信號

BW/fh=3～5這里fh是被測信號中的最高頻率分量。3.通用示波器的基本測量方法利用示波器可以進行電壓、頻率、相位差以及其它物理量的測量。在實驗中進行。提問：

1觀測一個10MHz正弦波，為使失真小應選什么示波器？2測量電視機的視頻信號要選什么示波器？3測量電視機的中頻信號要選什么示波器？4測量電視機的高頻信號要選什么示波器？“5倍準則：示波器所需帶寬=被測信號的最高頻率成分×5?！?gt;30MHz>120MHz>20MHz>3000MHz6MHz38MHz50~1000MHz500MHz示波器60MHz示波器100MHz示波器350MHz示波器50MHz的方波實際上看起來是什么樣呢?沒有足夠帶寬的影響:波形上升時間慢幅度有衰減6.5取樣技術在示波器中的應用以上介紹的通用示波器是“實時示波器”，測量時間(一個掃描正程)=被測信號的實際持續(xù)時間，看到的就是正發(fā)生的。但有兩點不足:1.BW>1500MHz周期重復信號難以實現(xiàn)→取樣

2.單次、非周期信號難以觀測（拍照）→存儲BW再提高受到下列因素的限制：（1）受到示波管的上限工作頻率的限制。（2）受Y通道放大器帶寬的限制；(3)受時基電路掃描速度的限制。6.5.1取樣示波器的基本原理1.實時取樣和非實時取樣取樣的概念是以少量間斷的樣品表征一個連續(xù)的完整過程。例如，電影、數(shù)字音視頻技術都是建立在取樣技術的基礎上的。同理，欲觀察一個波形，可以把這個波形在示波器上連續(xù)顯示，也可以在這個波形上取很多的取樣點，把連續(xù)波形變換成離散波形，只要取樣點數(shù)足夠多，滿足取樣定理的要求，顯示這些離散點也能夠反映原波形的形狀。上述取樣方法叫“實時取樣”。取樣信號uo(t)的頻譜比原信號ui(t)還要寬。由此可知，實時取樣并不能解決示波器在觀測高頻信號時所遇到的頻帶限制的困難。ui(t)tttUo(t)圖6.34取樣過程(a)輸入信號(b)取樣門與取樣脈沖(c)取樣信號Uo(t)ui(t)非實時取樣---不是在一個信號波形上完成全部取樣過程，而取樣點是分別取自若干個信號波形的不同位置，如圖6.35所示。條件：周期信號連綿不斷取樣點間隔：mt+nΔt左圖m=1（每個周期取一點）若m=10,1000…則波形展得更寬2.顯示信號的合成過程圖6.36在屏幕上由取樣點合成信號波形的過程tttuxuyuy↑u5u1u2u3u4兩對偏轉板上加什么樣的電壓呢?因要經(jīng)過mt+Δt的停留時間，然后跳至下一點。可見X、Y偏轉板上都應該加階梯波6.5.2取樣示波器的基本組成Y通道的作用是在取樣脈沖的作用下，把高頻信號變?yōu)榈皖l信號。延長電路起記憶作用，把每個取樣信號幅度記錄下來并展寬。水平系統(tǒng)的主要任務是產(chǎn)生時基掃描信號，同時產(chǎn)生Δt步進延遲脈沖送Y軸系統(tǒng)。應當指出，取樣示波器是荷蘭菲利浦（Philips）公司最先研制成功的，1969年美國HP公司也研制生產(chǎn)了取樣示波器，帶寬已達18GHz，后來進展緩慢，以至停產(chǎn)。其主要原因：一是單純的取樣示波器只能觀測重復性的周期信號，應用范圍受限；二是數(shù)字技術的發(fā)展，已將取樣技術融合到數(shù)字示波器中去了，現(xiàn)代數(shù)字示波器不僅可以觀測超高頻重復性的周期信號，還可以觀測瞬態(tài)的單次脈沖，并且還具有存儲功能。因此，現(xiàn)在市場上已很少見單純的取樣示波器了，但取樣示波器技術為現(xiàn)代數(shù)字示波器奠定了良好的基礎。6.6數(shù)字示波器數(shù)字示波器通常稱為數(shù)字存儲示波器(DigitalStorageOscilloscope，縮寫DSO)。這類4441型示波器，其實時帶寬為20或40MHz，最大采樣率為10MS/s或25MS/s。6.6.1數(shù)字示波器的組成原理1.模擬+數(shù)字存儲示波器輸入放大器同步放大邏輯控制電路Y輸出放大器X輸出放大器掃描發(fā)生器模擬濾波D/AA/DRAM數(shù)字數(shù)字輸入Y圖6.38模擬＋數(shù)字存儲示波器框圖模擬顯示器2.單處理器數(shù)字示波器

RAMCPUROMGPIBI/OI/OI/OD/AD/AA/DXY放大放大觸發(fā)信號X通道Y通道CRT取樣門取樣通道與保持UxUy圖6.39數(shù)字儲示波器框圖被測信號ui其他命令或用軟件完成tUiustU1sttUxt鎖存及D/A變換讀出數(shù)字量A/D變換及存儲存儲數(shù)字量圖6.41數(shù)字存儲示波器的讀出顯示過程圖6.40數(shù)字存儲示波器的采樣存儲過程RAMA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12地址D0D1D2D3D12D4D5D6D7D8D9D10D11數(shù)據(jù)A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12地址D0D1D2D3D12D4D5D6D7D8D9D10D11數(shù)據(jù)RAM3.多處理器數(shù)字示波器（用北京普源精電的示波器來說明）圖中包含了三個處理器（主處理器、采集處理器和顯示控制器），現(xiàn)分5部分進行介紹。1)模擬部分由雙通道組成，被測信號進入示波器后首先經(jīng)過前面板V/cm旋鈕實現(xiàn)衰減與增益的控制，包括粗調與微調的控制。然后進入前置放大器，該放大器決定示波器的模擬帶寬，之后進入后置放大以進入A/D轉換。3)采集處理器采集處理器通過采樣系統(tǒng)在觸發(fā)的控制下實現(xiàn)對A/D量化后的波形進行采集。采樣方式采用實時與等效采樣技術，可實現(xiàn)2GSa/s的實時采樣與50GSa/s的等效采樣。A/D的工作原理是采用并行+流水線式的復合結構。。2)觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)通過觸發(fā)選擇器切換觸發(fā)通道，之后進入觸發(fā)比較器，通過不同的觸發(fā)電平比較方式實現(xiàn)不同的觸發(fā)功能。波形控制器也是一個專用的處理器集成電路，將波形對應的數(shù)據(jù)點相關的電壓和時間值翻譯成顯示器上的垂直和水平像素位置，再將這些波形的像素位置對應地送至像素存儲器。5)顯示控制器

主處理器的功能包括對所有電路以及各輸入輸出接口的控制，同時也對采集處理器采集到的波形進行處理。4)主微處理器北京普源精電（RIGOL）科技有限公司簡介RIGOL是業(yè)界領先從事電子測量和分析儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的多元化高新技術企業(yè)，產(chǎn)品已銷往全球60多個國家和地區(qū)。據(jù)說是3個大學生創(chuàng)辦的民族企業(yè)，是國產(chǎn)數(shù)字示波器的領軍廠家，帶寬可達1GHz以上！顯示顯示處理器RAM放大器觸發(fā)器存儲器采集A/D數(shù)字處理器連接到計算機打印機的數(shù)據(jù)總線協(xié)處理器操作系統(tǒng)應用軟件＆可存儲到IC存儲卡軟盤硬盤輸入信號4歸檔1采集3測量與分析2顯示圖6.43LeCroy數(shù)字示波器工作原理簡圖力科（LeCroy）的產(chǎn)品，更突出了數(shù)字處理和軟件的功能。現(xiàn)代數(shù)字示波器在向功能模塊化發(fā)展，通常一臺數(shù)字示波器可由4大功能模塊組成，即捕獲、觀察、測量與分析）和歸檔?？梢?，現(xiàn)代數(shù)字示波器中軟件數(shù)據(jù)處理已占很大的比重了。美國力科公司是世界3大示波器廠商之一，主要做高端產(chǎn)品。6.6.2信號的采集處理技術1.早期數(shù)字示波器的缺點1)屏幕更新率低更新率是指每秒鐘在屏幕上描畫掃跡的次數(shù)，也稱波形捕獲率，即每秒可以捕獲的波形數(shù)目。早期數(shù)字示波器不能像模擬示波器那樣進行實時測量，即不能及時地反映被測信號的變化。這是由于它只有一個微處理器，無法滿足實時處理的要求。圖6.44更新率低造成的信號丟失和改進情況（a）（b）死區(qū)時間同時，更新率低造成顯示響應慢，屏幕上看到的不是正在發(fā)生的波形，而是從存儲器里調出來的前幾個周期的波形，這對用示波器作監(jiān)視進行電路調試帶來很多的不便。例：右圖調延遲時間T，要多次反復調整才行。tU0t1t2t3t4T試驗示波器更新率是否滿足要求，一個簡便的方法是用函數(shù)發(fā)生器信號加到示波器上，快速更換波形（如正弦波→方波→三角波），看屏幕上是否能快速跟上變化。為此，現(xiàn)代數(shù)字示波器在提高更新率上作了很大的改進，如泰克（Tektronix）公司采用InstaVu技術已達到了400000W/S（波形/秒）以上，可以做到“模擬示波器的感覺，數(shù)字示波器的性能"的效果。2)有混迭失真混迭失真也稱頻混、假像，是數(shù)字示波器使用中要防止的現(xiàn)象。造成混迭失真的原因是欠采樣，采樣頻率太低，違背了奈奎斯特取樣定理（取樣頻率必須高于信號最高頻率分量至少2倍以上），即未采到足夠多的樣點來重構波形，而造成的假象。避免混迭失真的措施：

(a)(b)A)過采祥，即提高采樣速率，在各種情況下都滿足奈奎斯特定理的要求；B)峰值檢測（包絡檢測），以峰值作為基本的采樣點，再補上其它的采樣點，則不會混迭失真。上述兩個缺點是現(xiàn)代DSO設計和使用中要防止的問題。2.采樣方式數(shù)字示波器的采樣方式有實時采樣和等效采樣(非實時采樣)，等效采樣又可分為隨機采樣和順序采樣，如圖6.58所示。1)實時采樣實時采樣是對每個采集周期的采樣點按時間順序進行簡單的排列就能表達一個波形，一個周期（a）實時采樣2)隨機采樣由于實時采樣DSO要求采樣速率高，例如帶寬為100MHz就要求A/D器件的轉換速度不能低于400MS/s，這樣高速的A/D和采集數(shù)據(jù)存儲器價格都比較高。因而目前高帶寬并且記錄長度長的實時采樣DSO價格相當昂貴。而實際上大多數(shù)測量的都是重復信號，1123344（b）隨機采樣采樣周期采樣周期采樣周期采樣周期第一第二第三第四112233443)順序采樣順序采樣方式主要用于數(shù)字取樣示波器中，能以極低的采樣速率（100kHz～200kHz）獲得極高的帶寬（高達50GHz），并且垂直分辨率一般在10bit以上。由于這種示波器每個采樣周期在波形上只取一個樣點，如圖所示，每次延遲一個已知的mt+nΔt時間，要想采集足夠多的樣點，則需要更長的時間才行。不能進行單次捕捉和預觸發(fā)觀察也是它的缺點。第一周期第二周期第三周期第n周期順序采樣123n···.···mT+nΔt3.采樣速率采樣速率又稱作數(shù)字化速率，描述方式通常有：⑴用采樣次數(shù)來描述，表示單位時間內采樣的次數(shù)。如20MS/s（20×106次/秒）。⑵用采樣頻率來描述，如20MHz。⑶用信息率來描述，表示每秒鐘儲存多少位（bit）的數(shù)據(jù)。如每秒鐘儲存160兆位（160Mb/s）的數(shù)據(jù)，對于一個8位（8bit）的A/D轉換器來說，就相當于20MS/s的采樣率。采樣速率高可以增大DSO的帶寬，但事實上，DSO的采樣速率還受到采集存儲器容量的限制，一般在不同掃速時，要求采樣速率是不一樣的，防止采樣點過多而溢出采集存儲器，其具體定量關系見下述。4.采集器件世界各大儀器公司都推出自已的高速A/D技術，有的轉換速度已超過10GS/s以上。當前在DSO中主要采用下面兩種類型A/D轉換技術。1)并聯(lián)比較式A/D轉換器（也稱flash閃爍或瞬間式）并聯(lián)比較式A/D轉換器（及分級型和流水線式A/D轉換器）教材P188

2)CCD+A/D技術采用電荷耦合器件CCD（ChargeCoupleDevice）作高速模擬存儲，然后再慢速進行A/D數(shù)字化處理。這種CCD+A/D組合采集的原理如圖6.60所示。當前這種單片模擬存儲IC的采樣速率可達2.5GS/s，并且價格相對便宜。四片這樣的IC交叉復用，可達到10GS/s。但是由于制造技術上的原因，這種DSO的記錄長度有限。兩路組合采集的原理A/D1A/D2RAM1RAM2Sui組合輸出數(shù)據(jù)(a)╳╳╳╳1.11.21.31.41.52.12.22.32.4(b)圖6.47組合采集原理框圖圖6.48CCD+A/D組合采集原理圖YA順序取樣YB順序取樣通道轉換器通道轉換器ABCCDA/DRAMuiAuiB圖6.50預采樣與延遲菜樣▼5.采樣存儲器①要高速存儲器：在DSO中每個新獲取的采樣數(shù)據(jù)都必須立即存入采樣存儲器，因此它必須具有與采樣速率同步的連續(xù)接收數(shù)據(jù)的能力。②采用循環(huán)存儲結構：采樣存儲器具有循環(huán)存儲功能。先進先出，總是存放有最新的nm個采樣數(shù)據(jù)。③預采樣：能觀測觸發(fā)之前的波形情況，一開機就不斷地采樣。圖6.49存儲器結構與波形位置存儲器環(huán)形結構▼觸發(fā)點▼6.觸發(fā)功能“觸發(fā)”的概念來自模擬示波器，只能觀測觸發(fā)點以后的波形。在DSO中也沿用“觸發(fā)”叫法，設置了觸發(fā)功能。但這里觸發(fā)信號只是在采樣存儲器選取信號的一種標志，以便可以靈活地

選取采樣存儲器中某部分的波形送至顯示窗口。圖6.51中是觀測振蕩器起振的過程，選擇觸發(fā)電平介于零和穩(wěn)定振幅之間的某一數(shù)值，觸發(fā)極性選正（上升沿），負延遲5格，則可在屏幕上同時看到觸發(fā)前后的情況，即顯示了從起振到穩(wěn)定的全過程。顯示窗口正延遲負延遲圖6.51觸發(fā)功能示意圖觸發(fā)點正延時是指可以觀測觸發(fā)點以后的被測信號；負延時可以觀測觸發(fā)點之前的信號。距離觸發(fā)點的延遲時間可由程序設定，給波形分析帶來很大方便。尖峰干擾圖6.52毛剌觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波形觸發(fā)源選擇：內觸發(fā)(可分別由通道1或通道2觸發(fā))、外觸發(fā)、交流電源觸發(fā)等。觸發(fā)模式選擇：自動、正態(tài)、單次等。觸發(fā)類型：邊緣觸發(fā)、視頻觸發(fā)、脈沖觸發(fā)、延遲觸發(fā)及毛刺觸發(fā)等。延遲觸發(fā)功能也是DSO檢測故障的一種手段，可以設法利用故障形成觸發(fā)信號，利用負延遲恰好能看到故障發(fā)生前后的情況。圖6.52給出了毛刺觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波形。有的DSO可捕捉0.6ns的毛刺。觸發(fā)類型原理用途邊沿觸發(fā)在輸入信號邊沿的觸發(fā)某閾值上觸發(fā)保證周期性信號具有穩(wěn)定重復的起點延遲觸發(fā)在邊沿觸發(fā)點處增加正/負延遲調節(jié)調節(jié)觸發(fā)點在屏幕上出現(xiàn)的位置脈寬觸發(fā)根據(jù)脈沖的寬度來確定觸發(fā)時刻捕捉異常脈寬信號斜率觸發(fā)依據(jù)信號的上升/下降時間來判斷捕獲上升邊沿異常斜率信號視頻觸發(fā)對標準視頻信號進行任意行或場觸發(fā)檢測電視信號質量交替觸發(fā)對兩路信號采用不同的時基，不同的觸發(fā)方式，以穩(wěn)定顯示兩路信號。當兩路信號中有一路信號不穩(wěn)定時采用碼型觸發(fā)對數(shù)字信號的特殊碼型作為觸發(fā)判決條件查看特定并行邏輯碼型持續(xù)時間觸發(fā)在滿足碼型條件后的指定時間內觸發(fā)查看連續(xù)并行邏輯碼型毛刺觸發(fā)在設定的時間內判斷信號波形有無上升沿與下降沿緊跟變化的情況捕捉電路中尖峰干擾串行觸發(fā)混合信號示波器的強大功能模式檢測串行接口(SPI、I2C、USB、CAN)輸入的信號表6.1觸發(fā)類型的原理與用途7.采樣速率與記錄長度(即存儲深度)采樣速率fs(MS/s)↑→數(shù)據(jù)點↑→記錄長度L（pts）↑→高速存儲器難度↑

例如，想要在100ms/div的掃速下以1GS/s采樣,那將需要1000M的內存。通常水平分辨率===50點/cm時間窗口10cm記錄長度512點但習慣用：

掃速200ps/cm---10s/cm1采樣間隔1ms/cm50點/cm水平分辨率

掃速掃速水平分辨率1ms/cm50點/cm采樣間隔===20μs采樣速率==………………屏幕8cm10cm早期DSO的掃速、采樣速率和記錄長度之間存在如下近似關系：記錄長度≈采樣速率×掃速×10

L（pts）=fs(MS/s)↓×S（S/div）↑×10（div）

（6.17）掃速S↑，是掃速變低

500pts=50kS/s×1ms/div×10div這樣正好保證了有500個采樣點（10ms/20μs=500）。

①若降低掃速，如10ms/s（這時可看100ms時間的信號），則5000

pts=50kS/s×10ms/div×10div如果保持采樣率不變，采樣點太多采樣存儲器又會溢出。

②若降低采樣率，如5MS/s，則

50

pts=5kS/s×1ms/div×10div（每厘米僅5個光點）如果掃速保持不變，采樣點太少則保證不了時間分辨率；

早期DSO改變掃速則聯(lián)動改變采樣速率(實際上是改變A/D轉換速度，即改變控制A/D工作的時鐘頻率)，基本上維持(6.17)式的平衡。但這樣的設計存在兩個缺點：⑴記錄長度太短，不能完整記錄一個較復雜的信號。只以一個顯示窗口設計記錄長度，采樣點有500～1000點也就夠了，但僅1000個樣點是難以顯示一個較復雜波形的。否則水平方向分辨力很差，丟失波形中一些信息。⑵不便同時觀測快慢信號。只以一個顯示窗口設計記錄長度，在觀測一個含有快慢信號的波形時，例如圖6.53所示的一行電視信號時，若以慢信號行頻調整掃速，可以看到一行完整的信號，但看不清楚其中電視信號的波形；若以其中快變的電視信調整掃速，則又看不到一行完整的信號。加亮A掃描tdUTT’T’B掃描圖6.53一行電視信號的觀測研究式(6.17)可以發(fā)現(xiàn)：只要左邊大于右邊，即記錄長度長，每次采集存儲的樣點多，一次就能記錄下一個復雜的波形，右邊掃速較大范圍改變時，采樣速率可以保持不變，克服了上述兩個缺點。因此，現(xiàn)代DSO都把增加記錄長度（即提高存儲深度）作為一項重要改進措施，設計超快、超長的采集存儲器?，F(xiàn)代DSO記錄長度已做到多達48M采樣點，保證了高的采樣率和對復雜波形的捕獲。圖6.54給出了幾種不同DSO的掃速、采樣速率和記錄長度的關系曲線。從圖中可以看出，一臺最高采樣率為1GS/s，記錄長度為1Kpts的DSO，當掃速提高到100μs/cm時，實際采樣率已降到1MS/s（A點）！而另一臺最高采樣速率100MS/s，記錄長度1Mpts的DSO，在同樣掃速下，仍然保持在100MS/s采樣速率（B點）。還有一臺500MS/s最高采樣速率、120k記錄長度的DSO，在相同掃速下，采樣速率大于100MS/s（C點）。采樣率1K記錄長度120K記錄長度1M記錄長度CBA1GS/s100MS/s10MS/s1MS/s100KS/s10KS/s0.01KS/s1KS/s0.1KS/s10ns100ns1μs10μs(500MS/s)100μs0.1s1ms10ms1s10s(t/div)100s1ks10ks100ks掃速圖6.54掃速、取樣率和記錄長度的關系曲線結論：記錄長度大的DSO，掃速在較大范圍調節(jié)時，采樣速率不必跟著變化。

由于記錄長度長，在此范圍內改變掃速，采樣率可不變記錄長度短超此小范圍改變掃速則要降低采樣率否則要溢出降低掃速必須降低采樣率應當指出，增加記錄長度后，一次捕捉的波形樣點多了，不用改變掃速就可同時觀測高速和低速兩種信號。但是屏幕只有10格500點左右像素，若捕獲100000點的波形，僅有500點顯示在屏幕上，只能看到波形中的某一部分，其余99500點是在屏幕左右看不見的地方。為此，不少廠家又提出多種波形快速縮放技術（如MegaZoom、QuickZoom、X-Stream等）和類似模擬示波器中的多時基顯示技術，使用戶通過左右移動或多次放大深層次的波形分析，既可看到波形的全貌又可看到局部細節(jié)。解決了長記錄長度和快速顯示處理之間的矛盾。圖6.55給出了力科公司采用X-Stream技術對復雜波形多次局部放大的示意圖。圖6.55波形多次局部放大示意圖※記錄長度設計

關于記錄長度設計主要依據(jù)需要采樣的時間長度TP和最高采樣速率（最小的采樣問隔Ts）。即記錄長度（存儲深度）L：

L=TP/Ts例如：當要求TP=7ms，采樣速率500MHz（即TS=2ns），則要求記錄長度L=3.5Mb。但這樣設計往往對采集存儲器提出了過高的要求，因此實際設計中要對采集數(shù)據(jù)進行抽取和插值處理（見后述），然后權衡各方面因素再確定一個合適的記錄長度。8.有效比特分辨率模擬示波器的垂直分辨率以示波管良好聚焦情況下每格多少線來表示，而DSO的垂直分辨率是以比特數(shù)來表示的，所以叫比特分辨率。當前各公司給出DSO的比特分辨率都是DSO內A/D轉換器的比特數(shù)，一般是8比特。實際上，A/D轉換器的真正比特分辨率---即有效比特分辨率（EBR）與被轉換的信號頻率有關系。當輸入信號頻率提高時，其比特分辨率減??；并且不同廠家生產(chǎn)的A/D，其比特分辨率減小的多少也是不一樣的。例如同樣是200MS/s、8bitA/D，AD770和CXA1076在輸入100MHz滿刻度信號時，前者不足5bit，而后者不到4bit。在DSO的整機中，通道噪聲、非線性、時基抖動、代碼丟失都會引起A/D轉換器的有效比特分辨率降低。因此，簡單地用A/D比特數(shù)來表示DSO的垂直分辨率是不科學的，目前還沒有統(tǒng)一的DSO有效比特分辨率評價標準和測量方法。tUiustU1stUytUxt鎖存及D/A變換數(shù)據(jù)A/D變換及存儲存儲數(shù)字量圖6.41數(shù)字存儲示波器的讀出顯示過程A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12RAM地址數(shù)據(jù)D0D1D2D3D12D4D5D6D7D8D9D10D11模擬示波器：光點矢量掃描圖形是連續(xù)的。數(shù)字示波器：光點是離散的。當光點少時可插補。讀出數(shù)字量A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12RAM地址D0D1D2D3D12D4D5D6D7D8D9D10D116.6.3波形顯示技術圖6.56抽取與插補示意圖采樣脈沖.采樣點多了，抽取...采樣點少了，插補.................................DSO高速采集一個信號波形的數(shù)據(jù)后如何能在顯示器上不失真的重構出來，這是要經(jīng)過一整套復雜的數(shù)據(jù)處理之后才能實現(xiàn)的。用采樣率為1000MS觀測頻率為10Hz的正弦信號，則每個信號周期上100×106個采樣點用采樣率為1000MSa觀測頻率為200MHz的正弦信號，則每個信號周期上只有5個采樣點。1.樣點抽取技術2.樣點內插技術通常一個周期要有25個樣點才能保證重構的波形失真較小。DSP技術設計一個“信號重構模塊”或稱內插器內插倍數(shù)=內插后總點數(shù)/原波形樣點數(shù)例如，原始采樣數(shù)據(jù)中，一個周期只有4個采樣點，示波器屏幕水平方向有480個像素點，若希望在屏幕上看到一個周期的波形，則要求內插倍數(shù)（480/4=120）為120倍，即將4個采樣點的波形，內插成480個點。通過改變示波器掃速（s/cm）來降低采樣率，從而減少采樣點（前面

“采樣速率與記錄長度”一節(jié)中已介紹）方法1：保持最高采樣率不變，然后對冗余數(shù)據(jù)點進行抽取操作，設計了一個“抽取器”，由“峰值搜索與標定”模塊（每個周期不要只剩下兩個采樣點）來完成。方法2：這種技術的原理是：在采樣點之間插入曲線段而使顯示波形平滑。但是，有時由于過于依賴曲線的平滑性而使用很少的采樣點（有時少達每周期4個），因而噪聲容易混入數(shù)據(jù)中。數(shù)據(jù)點插入技術（插值、插補、曲線擬合）DSO中常用一種插入器將一些數(shù)據(jù)補充到所有相鄰的采樣點之間。采用插值技術可以降低對采樣速率的要求。當前主要有線性插入和曲線插入兩種方式。常用的插入技術：1)矢量式顯示（線性插入）2)正弦內插

3)改進型正弦插入4)SinX/X插入實際上僅是內插樣點是不夠的3.矩陣像象素點顯示技術（不用D/A把點數(shù)據(jù)還原成模擬電壓）要求將波形對應的數(shù)據(jù)點相關的電壓和時間值翻譯成顯示器上的垂直和水平像素位置，再將這些波形的像素位置對應地送至視頻隨機存取儲存器（或稱屏幕存儲器、像素存儲器、畫面緩沖區(qū)，該存儲器的存儲單元與屏幕像素位置一一對應）相應的存儲位置上。在顯示控制器作用下被視頻隨機存取儲存器刷新，顯示與波形對應的各像素。4.有效存儲帶寬DSO的有效存儲帶寬（USB，usefulstoragebandwidth）描述的是DSO觀測正弦波信號最高頻率的能力。實際上USB也用來作為DSO的單次帶寬。前面已經(jīng)指出，為了避免混淆現(xiàn)象發(fā)生，目前實時采樣DSO的采樣頻率一般規(guī)定為帶寬的4～5倍，同時還必須采用適當?shù)膬炔逅惴ú判?。如果不采用內插顯示，則規(guī)定采樣速率應為實時帶寬的10倍。因此，在DSO中定義USB：（6.18）式中：fsmax——最高采樣速率k——正弦信號每周采樣點數(shù)允許每周采樣點數(shù)要依據(jù)廠家采用的數(shù)據(jù)點內插技術而定。通常，純點顯示k=25，矢量內插k=10，正弦內插k=2.5。因此，USB的寬度與采樣速率和波形重組的方法有關。6.6.4技術性能指標1.帶寬（BW）當示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時，屏幕上對應基準頻率的顯示幅度隨頻率變化而下跌3dB時，其下限到上限的頻率范圍即頻帶寬度，單位一般是MHz或GHz。在DSO中通常有兩種帶寬：

⑴等效帶寬（repeatBW）：是指用DSO測量重復信號時的3dB帶寬。由于一般使用了非實時等效采樣（隨機采樣或順序采樣），故等效帶寬（也稱重復帶寬）可以做得很寬，有的達幾十GHz。⑵單次帶寬（singleshotBW）：也稱有效存儲帶寬（USB）。是用DSO測量單次信號時，能完整地顯示被測波形的3dB帶寬。實際上一般DSO模擬通道硬件的帶寬是足夠的，主要受到波形上采樣點數(shù)量的限制。因此，單次帶寬一般只與采樣速率和波形重組的方法有關，上面6.21式給出了這種關系。當DSO的采樣速率足夠高，即高于標稱帶寬的4～5倍以上時，它的單次帶寬和重復帶寬是一樣的，稱為實時帶寬。

通常指DSO進行A/D轉換的最高速率，是單位時間內對輸入模擬信號的采樣次數(shù)，單位以MSa/s或MS/s（兆次/秒）及GS/s（千兆次/秒）表示。采樣率愈高，采樣間隔愈密，波形失真愈小，連信號中的毛刺、尖峰干擾都能采集到?，F(xiàn)代DSO的最高采樣速率已可達120GS/s以上。2采樣速率

應當指出，在DSO的使用中，實際采樣速率是隨選用掃速檔位而變化的。其最高采樣速率應當對應最快的掃速。例如，最快掃速為1ns/div，按每格50個采樣點計，50/1ns=50GS/s最高采樣速率是50GS/s。當每格采樣點數(shù)N確定后，采樣速率與掃速成反比：存儲深度指DSO的采樣存儲器能夠連續(xù)存入樣點的最大字節(jié)數(shù)，以KB(Kbyt)或kpts、Mpts（pst是每秒樣點）表示。也稱為記錄長度。在圖6.54中得到結論：記錄長度大的DSO，掃速在較大范圍調節(jié)時，采樣速率不必跟著變化。同時，增加記錄長度后，能存放更多的樣點，則更能捕捉到的波形的細節(jié)。因此，雖然高速存儲器制作難度大，廠家還是在努力增大存儲深度，當今已達800Mpts。

3.存儲深度4.觸發(fā)能力表征觸發(fā)能力的參數(shù)很多，但主要的有：觸發(fā)靈敏度、觸發(fā)類型等。如毛刺觸發(fā)，只有高檔示波器才會有。5.波形處理性能現(xiàn)代數(shù)字示波器的波形處理平臺是計算機，由于都采用了DSP（數(shù)字信號處理）等先進技術，因此波形處理能力都較強。5個指標中，關鍵的重要指標還是“帶寬”。6.6.5基本功能數(shù)字示波器有很多傳統(tǒng)模擬示波器所不具備的功能，這些功能也是目前數(shù)字示波器所必須具備的，具有一定的代表性。1.自動刻度(AutoScan)這是一種通過軟件自動調定示波器設置的功能。只須按一下“自動刻度”鍵，軟件就會對輸入波形進行計算，使儀器調到合適的掃速、合適的垂直靈敏度、合適的垂直偏轉和觸發(fā)電平，從而得到滿意的波形顯示。2.存儲/調出（Save/Recall）這是一種存儲或調出前面板設置的功能。當你需要多次重復使用某幾套設置觀測幾個不同波形或對同一個波形在不同的設置條件下進行測量時，可以預先設置好幾套面板參數(shù)存儲起來。避免了每次測量所需的繁瑣設置過程，特別適合于反復進行的測試程序，如生產(chǎn)線上的多種波形的重復測量。有的數(shù)字示波器可以存儲十套面板設置。110mv/cm100ps/cm250mv/cm0.5μs/cm345101v/cm10ms/cm3.光標測量(ΔV、ΔT)數(shù)字化示波器具有同時顯示兩個電壓光標和兩個時間光標的能力。簡單地利用前面板的轉輪，調整這些光標，能夠測量波形上任何一點的絕對電平、離觸發(fā)參考點的時間值或者直接讀出波形上任意兩點的電壓差(ΔU)、時間差(ΔT)、以及電壓與時間的相關特性等。0.000s-1.000ns1.000ns圖6.57用光標測脈沖上升時間ΔVΔT4.自動頂—底(AutoTop-Base)1.000ns0.000s-1.000ns圖6.58用“自動頂?shù)住睖y脈沖幅度在ΔV菜單下，按“自動頂—底”鍵，儀器的軟件將用統(tǒng)計平均算法自動地把兩個電壓光標分別放在波形的頂部和底部。通過△U的讀數(shù)指示，可以立即準確讀出波形幅度值或分別讀出頂部或底部的絕對電平值。此外，ΔU光標也能自動放在波形的10-90%、20-80%、50-50%(波形的中間)處，以便作為其它特殊測量使用。圖6.58表示一個“自動頂—底”的例子。6.自動脈沖參數(shù)測量能進行的自動脈沖參數(shù)測量包括頻率f、周期T、占空比（脈沖寬度占有率）、上升時間tr、下降時間tf、正寬度τ、負寬度、預沖d、過沖b、峰-峰電壓、有效值電壓等11種，測量方法符合IEEE194-1977標準的規(guī)定。圖6.59脈沖參數(shù)示意圖7.可變余輝顯示可變余輝顯示是DSO一種顯示時間軟件控制功能。模擬示波器余輝是電子束掃過之后熒光保留的時間，在高掃速時測量低重復頻率信號，顯示波形亮度會嚴重不足，而低掃速時，由于余輝時間不夠會使波形嚴重閃爍，或只表現(xiàn)為光點的慢慢移動，甚至無法觀測波形。數(shù)字示波器能夠通過軟件控制波形在顯示器上保持時間（從存儲器中調出多顯示幾次），改變信號顯示時間的長短——即所謂顯示更新速率，或稱余輝時間?？删幊痰挠噍x時間調節(jié)范圍為200ms～10s，無論你測量高重復速率信號，還是測量低重復速率信號，只要適當調節(jié)余輝時間，都能保持顯示波形的亮度不變，也沒有波形閃爍現(xiàn)象，并且與你所設置的掃速快慢也幾乎沒有關系。8.無限長余輝（Infinite）0.000s-1.000ns1.000ns圖6.60用無限長余輝測量抖動無限長余輝是利用磁偏轉光柵顯示的特點實現(xiàn)的。微處理器把每次采集到的波形數(shù)據(jù)送往波形RAM中時，不沖掉前一次的內容，顯示RAM中的波形數(shù)據(jù)隨著時間不斷積累，顯示刷新電路也不斷的把RAM中的新老數(shù)據(jù)一起讀出，加工成視頻信號送往CRT顯示，從而實現(xiàn)無限長