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技術(shù)文章

模擬和數(shù)字示波器的比較

點(diǎn)擊次數(shù)：4635 發(fā)布時(shí)間：2008-6-28

示波器是觀察波形的窗口，它讓設(shè)計(jì)人員或維修人員詳細(xì)看見(jiàn)電子波形，達(dá)到眼見(jiàn)為實(shí)的效果。因?yàn)槿搜凼莦ui靈敏的視覺(jué)器官，可以明察秋毫之末，極為迅速地反映物體至大腦，作出比較和判斷。因此，示波器亦譽(yù)為波形多用表。
　　早期示波器只顯示電壓隨時(shí)間的變化，作定性的觀察。隨后，改進(jìn)的示波器具備定量的功能，測(cè)量幅度和時(shí)間，以及它們的變化情況。同時(shí)，為了記錄和比較偶發(fā)事件，要借助照相機(jī)和示波管的長(zhǎng)余輝效應(yīng)。
模擬示波器的頻率特性由垂直放大器和陰極示波器來(lái)決定。八十年代示波器引入數(shù)字處理和微處理器，出現(xiàn)數(shù)字示波器，現(xiàn)在把模擬示波器稱(chēng)為模擬實(shí)時(shí)示波器（ART），數(shù)字示波器稱(chēng)為數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）。
      ART需要與帶寬相適應(yīng)的放大器和陰極射線示波管，隨著頻率的提高，對(duì)陰極射線示波管的工藝要求嚴(yán)格，成本增加，存并瓶頸。數(shù)字示波器DSO只要與帶寬相適應(yīng)的高速A/D轉(zhuǎn)換器，其它存儲(chǔ)器和D/A轉(zhuǎn)換器以及顯示器都是較低速成的部件，顯示器可用LCD平面陣列和彩色屏幕。
數(shù)字示波器DSO采用微處理器作控制和數(shù)據(jù)處理，使數(shù)字示波器DSO具有超前觸發(fā)、組合觸發(fā)、毛刺捕捉、波形處理、硬拷貝輸出、軟盤(pán)記錄、長(zhǎng)時(shí)間波形存儲(chǔ)等ART所不具備的功能，目前數(shù)字示波器DSO的帶寬也超過(guò)1GHz，在許多方面都超過(guò)ART的性能。
　　數(shù)字示波器DSO也有不足之處，帶寬取決于取樣率，比較通用的取樣率等于帶寬的4倍。復(fù)現(xiàn)的波形靠?jī)?nèi)插算法補(bǔ)齊，波形會(huì)有失真；A/D轉(zhuǎn)換速度快，但D/A轉(zhuǎn)換速度慢，故波形更新率低，偶發(fā)信號(hào)會(huì)被遺漏；垂直分辨率一般用8位，顯然較低；面板旋鈕多，菜單復(fù)雜，使用不方便；沒(méi)有亮度調(diào)制，觀察不到三維圖形；波形存儲(chǔ)容量不夠，無(wú)法對(duì)波形進(jìn)行處理等等。
　　目前DSO的不足之處已基本被克服，但是并非全部良好性能都體現(xiàn)在同一部示波器內(nèi)，亦即每部DSO都會(huì)有一定特點(diǎn)，也有某些不足，在選擇型號(hào)時(shí)應(yīng)該留意對(duì)比。有些型號(hào)的DSO具有與ART一樣的波形更新率，有些型號(hào)的數(shù)字示波器DSO卻沒(méi)有，有一種數(shù)字示波器DSO具有ART的熒光屏三維圖形顯示能力，而大部分數(shù)字示波器DSO不具備這種性能。大部分DSO實(shí)時(shí)帶寬與單次帶寬相同，但也有只保證實(shí)時(shí)帶寬的DSO。
前述DSO都包含A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器。這樣一來(lái)，在PC機(jī)增加插卡亦可構(gòu)成數(shù)字示波器DSO，但一般取樣率較低，功能較少，價(jià)格也便宜。還有采用VXI總線的DSO模塊，以及機(jī)架式的數(shù)字示波器DSO插件。
DSO的存儲(chǔ)器是示波器部件中僅次于A/D轉(zhuǎn)換器的元件，它保存被測(cè)信號(hào)的樣品，供后續(xù)的D/A轉(zhuǎn)換器把波形復(fù)原，現(xiàn)在存儲(chǔ)容量可達(dá)到1M以上。
普通數(shù)字示波器DSO有8位垂直分辨率，即每次掃描有256個(gè)樣品，需要256點(diǎn)的存儲(chǔ)，相當(dāng)256字節(jié)。如果提高分辨率，將水平軸擴(kuò)大10倍，則相當(dāng)20K 字節(jié)；垂直軸亦擴(kuò)大10倍，相當(dāng)40K字節(jié)。由此可見(jiàn)，DSOzui少應(yīng)有2K字節(jié)，中等的DSO應(yīng)有40K 字節(jié)以上。如果要記錄10倍上述的波形，則起碼要400K 字節(jié)以上。因此，存儲(chǔ)容量大小很重要。
　　反過(guò)來(lái)，存儲(chǔ)容量也影響到掃描速度，例如每掃跡只有50K點(diǎn)的存儲(chǔ)器，記錄100μs數(shù)據(jù)，則取樣間距是2ns,此時(shí)取樣率相當(dāng)500MS/s，以取樣率等于4倍帶寬計(jì)算,實(shí)時(shí)帶寬等于125MHz。顯然,如果需要提高取樣率至1000MS/s,則記錄100μs的數(shù)據(jù),需要100K點(diǎn)的存儲(chǔ)器。
為了存儲(chǔ)一幅完整的圖形,設(shè)圖素是1024×512=0.5M位,四幅圖形,要有2M位存儲(chǔ)量.在FFT分析中也需要額外的存儲(chǔ)量,將新的波形的分量與參考的波形或存儲(chǔ)的波形作對(duì)比.為便于波形存儲(chǔ),有些DSO還提供軟盤(pán)或硬盤(pán)作數(shù)據(jù)記錄之用。
　　更詳細(xì)的指標(biāo)請(qǐng)與生產(chǎn)廠索取技術(shù)指標(biāo),根據(jù)用途和經(jīng)費(fèi)作全面對(duì)比,進(jìn)行咨詢(xún),以便購(gòu)買(mǎi)到既經(jīng)濟(jì)又適用的示波器。

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