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示波器有关知识及选型方案

示波器有关知识及选型方案 2011年12月04日 来源： 示波器自从问世以来，它一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一 。由于电子技术的发展，示波器的能力在不断提升，其性能与价格也五花八门，市场参差不齐。示波器看似简单，但如何选择，也存在许多问题。本文根据多年的经验，结合北京海洋兴业科技有限公司选型指南，从几个方面告知您在选择示波器时应注意的问题： 一、了解您需要测试的信号 您要知道用示波器观察什么？您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么？您的信号是否有复杂的特性？您的信号是重复信号还是单次信号？您要测量的信号过渡过程的带宽，或者上升时间是多大？您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等？您打算同时显示多少信号？您对测试信号作何种处理？ 二、选择示波器的核心技术差异：模拟（DRT）、数字（DSO）、还是数模兼合（DPO） 传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的控制面板，价格低廉，因而总觉得模拟示波器 “ 使用方便 ” 。但是随着 A/D 转换器速度逐年提高和价格不断降低，以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的测量功能，数字示波器已独领风骚。但是数字示波器显示具有三维的缺陷、处理连续性数据慢等缺点，需要具有数模兼合技术的示波器，例 DPO 数字荧光示波器。 三、确定测试信号带宽 带宽一般定义为正弦波输入信号幅度衰减到 -3dB 时的频率，即幅度的70.7% 。带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽，示波器将无法测量高频信号，幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失；如果没有足够的带宽，得到的信号所有特性，包含响铃和振鸣等都毫无意义。 一个决定您所需要的示波器带宽有效经验—— “5倍经验准则”：将您要测量的信号最高频率分量乘以5，使测量结果获得高于2%的精度。在某些应用场合，您不知道你的感兴趣的信号带宽，但是您知道它的最快上升时间，这时频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间： Bw=0.35/信号的最快上升时间。 数字示波器带宽有两种类型：重复（或等效时间）带宽和实时（或单次）带宽。重复带宽只适用于重复的信号，显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率，且当捕捉的事件不是经常出现或瞬变信号时就更为重要，实时带宽与采样速率紧密联系。 带宽越高越好，但是更高的带宽往往意味着更高的价格，因此应按照预算来选择您要观察的信号频率成分。 四、A/D转换器的采样速率（或采样速度） 单位为每秒采样次数（ S/s ），指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丢失的概率就越小。如果需要观测较长时间范围内的慢变信号或低频信号，最小采样速率就发挥了作用，为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制旋钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节旋钮的变化而变化。 如何计算采样速率？计算方法取决于所测量的波形类型，以及示波器所采用的信号重建方式，例正弦插入法，矢量插入法等。为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯定理规定：信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和周期连续的信号。由于示波器不可能提供无限时间的记录长度，而且从定义上看，低频干扰是不连续的，也不是周期的，所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法，即波形重建。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。 有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则：如果您正在观察的示波器有内插（通过筛选以便在取样点间重新生成），则（采样速率 / 信号带宽）的比值至少应为 4∶1 ；无正弦内插时，则应采取 10∶1 的比值。 五、屏幕刷新率也称为波形更新速度 所有的示波器都会闪烁，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量，这就是波形捕获速率，也称屏幕刷新率，表示为波形数每秒（ wfms/s ）。一定要区分波形捕获速率与A/D采样速率的区别。采样速率表示示波器在一个波形或周期内A/D采样输入信号的频率 ; 波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性，并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。 一般来讲，模拟示波器由于电路简单，其屏幕刷新率较高，而数字存储示波器（ DSO ）使用串行处理结构每秒钟可以捕获 10 到 5000 个波形。 为了改变数字示波器屏幕刷新率低的问题， 数字荧光示波器采用并行处理结构，可以提供更高的波形捕获速率，有的高达每秒数百万个波形，大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性，并能让您更快地发现信号存在的问题。 六、选用适当的存储深度，也称记录长度 存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串，则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的采样速率，可以计算出所要求的存储深度。 存储深度与采样速率密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。 现代的示波器允许用户选择记录长度，以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号，只需要 500 点的记录长度；但如果要解析一个复杂的数字数据流，则需要有一百万个点或更多点的记录长度。 在正确位置上捕捉信号的有效触发，通常可以减小示波器实际需要的存储量。 七、根据需要选择不同的触发功能 示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描，使信号特性清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。

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