数字示波器：数字存储测量高精度波形信号的利器

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：数字示波器，又称数字存储示波器。目前，数字示波器一般利用信号采集处理技术，组成上采用多处理器方式，实现软硬结合。数字存储示波器由于采用晶振作高稳定时钟，有很高的测时准确度，采用高分辨率A/D转换器也使幅度测量准确度大大提高。数字存储示波器内含微处理器，因而能自动实现多种波形参数的测量与显示。数字存储示波器可以很方便地将存储的数据送到计算机或其他的外部设备，进行更复杂的数据运算和分析处理。

数字示波器，又称数字存储示波器。数字示波器采用数字电路，将输入信号先经过A/D变换器，将模拟波形变换成数字信息，存储于数字存储器中。需要显示时，再从存储器中读出，通过D/A变换器，将数字信息变换成模拟波形显示在示波管上，或是直接将数字信号显示于LCD屏上。

1.数字存储示波器的组成原理

一个典型的数字存储示波器组成原理如图5-39所示，它有实时和存储两种工作模式。当处于实时工作模式时，其电路组成原理与一般模拟示波器一样。当处于存储工作模式时，它的工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段，模拟输入信号先经过适当的放大或衰减，然后再经过“取样”和“量化”两个过程的数字化处理，将模拟信号转换成数字化信号，最后，数字化信号在逻辑控制电路的控制下依次写入RAM中。

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图5-39　典型数字存储示波器原理框图

在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出，并经D/A转换器转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT的Y偏转板。与此同时，CPU的读地址计数脉冲加至D/A转换器，得到一个阶梯波扫描电压，加到水平放大器放大，驱动CRT的X偏转板，从而实现在CRT上以稠密的光点包络重现模拟输入信号。

将数字存储技术和CPU微处理器用于取样示波器，可以构成存储取样示波器。

目前，数字示波器一般利用信号采集处理技术，组成上采用多处理器方式，实现软硬结合。

2.数字示波器的特点

（1）波形的采样/存储与波形的显示是独立的。在存储工作阶段，对快速信号采用较高的速率进行取样和存储，对慢速信号采用较低速率进行取样和存储，但在显示工作阶段，其读出速度可以采用一个固定的速率，不受取样速率的限制，因而可以获得清晰而稳定的波形。

（2）能长时间地保存信号。数字存储示波器是把波形用数字方式存储起来，其存储时间在理论上可以是无限长。

（3）先进的触发功能。它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。

（4）测量准确度高。数字存储示波器由于采用晶振作高稳定时钟，有很高的测时准确度，采用高分辨率A/D转换器也使幅度测量准确度大大提高。

（5）很强的数据处理能力。数字存储示波器内含微处理器，因而能自动实现多种波形参数的测量与显示。还具有自检与自校等多种自动操作功能。

（6）外部数据通信接口。数字存储示波器可以很方便地将存储的数据送到计算机或其他的外部设备，进行更复杂的数据运算和分析处理。还可以通过GPIB接口与计算机一起构成自动测试系统。

3.数字示波器的主要技术指标

1）最高取样速率

最高取样速率指单位时间内取样的次数，也称数字化速率，用每秒钟完成的A/D转换的最高次数来衡量。取样速率越高，仪器捕捉高频或快速信号的能力越强。

数字存储示波器在测量时刻的实时取样速率可根据被测信号所设定的扫描时间因数（t/div，即扫描一格所用的时间）来推算。

2）存储带宽

存储带宽与取样速率fs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的2倍，便可重现原信号。实际上，为保证显示波形的分辨率，一般N取4～10倍或更多，即存储带宽。

3）分辨率

分辨率指示波器能分辨的最小增量。它包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率（时间分辨率）。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）或百分数来表示。水平分辨率由取样速率和存储器的容量决定，常以屏幕每格含多少个取样点或用百分数来表示。取样速率决定了两个点之间的时间间隔，存储容量决定了每屏包含的点数。

4）存储容量

存储容量又称记录长度，它由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表示，常以字（word）为单位。

5）读出速度

读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常用“（时间）/div”来表示。

数字示波器：数字存储测量高精度波形信号的利器

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