數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理

《數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、1概述2數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理分析3數(shù)字存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器是20世紀(jì)７０年代初發(fā)展起來的一種新型示波器。這種類型的示波器可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)波形進(jìn)行長期存儲(chǔ)并能利用機(jī)內(nèi)微處理器系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)的信號(hào)做進(jìn)一步的處理，例如對(duì)被測波形的頻率、幅值、前后沿時(shí)間、平均值等參數(shù)的自動(dòng)測量以及多種復(fù)雜的處理。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的出現(xiàn)使傳統(tǒng)示波器的功能發(fā)生了重大變革。1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理1概述典型的數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理框圖如圖所示1.2數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)定義：單位時(shí)間內(nèi)完成的完整A／D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)。最大取樣速率主要由A／D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率來決定。最大取樣速率愈

2、高，儀器捕捉信號(hào)的能力愈強(qiáng)。1．最大取樣速率fmax數(shù)字存儲(chǔ)示波器在某個(gè)測量時(shí)刻的實(shí)際取樣速率可根據(jù)示波器當(dāng)時(shí)設(shè)定的掃描時(shí)間因數(shù)（t/div）推算。其推算公式為　　　　　　　（8.1）式中N——每格的取樣數(shù)；t/div——掃描時(shí)間因數(shù)，掃描一格所占用的時(shí)間。亦稱掃描速度，例如，若某數(shù)字示波器的掃描時(shí)間因數(shù)設(shè)定為10μs/div，每格取樣數(shù)為100點(diǎn)，則此時(shí)的取樣速率等于10MHz。很顯然，數(shù)字示波器最大取樣速率fmax與示波器最快掃描速度相對(duì)應(yīng)。若該數(shù)字示波器最快掃描速度為100μs/div，則其fmax為1GHz。存儲(chǔ)帶寬與取樣速率密切相關(guān)。根據(jù)取樣定理，如果取樣速率

3、大于或等于信號(hào)最高頻率分量的2倍，便可重現(xiàn)原信號(hào)波形。實(shí)際上，在數(shù)字存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)中，為保證顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點(diǎn)，一般一個(gè)周期取4～10點(diǎn)。2．帶寬分辨率用于反映存儲(chǔ)信號(hào)波形細(xì)節(jié)的綜合特性。分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對(duì)應(yīng)，常以屏幕每格的分級(jí)數(shù)(級(jí)/div)表示。水平分辨率由存儲(chǔ)器的容量來決定，常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)（點(diǎn)/div）表示。示波管屏幕坐標(biāo)的刻度一般為8×10div。若示波器采用8位A/D轉(zhuǎn)換器(256級(jí))，則其垂直分辨率為32級(jí)/div，用百分?jǐn)?shù)表示為1/256≈0.39％。若采用容量為1KB的存儲(chǔ)器

4、，則水平分辨率為1024/10≈100點(diǎn)/div，或用百分?jǐn)?shù)表示為1/1024≈0.1％。3．分辨率存儲(chǔ)容量又稱記錄長度，用記錄一幀波形數(shù)據(jù)占有的存儲(chǔ)容量來表示，常以字（word）為單位。存儲(chǔ)容量與水平分辨率在數(shù)值上互為倒數(shù)關(guān)系。數(shù)字存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量通常采用256B，512B，1KB，4KB等。存儲(chǔ)容量愈大，水平分辨率就愈高。但存儲(chǔ)容量并非越大越好，由于儀器最高取樣速率的限制，若存儲(chǔ)容量選取不恰當(dāng)，往往會(huì)因時(shí)間窗口縮短而失去信號(hào)的重要成分，或者因時(shí)間窗口增大而使水平分辨率降低。4．存儲(chǔ)容量讀出速度是指將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用(時(shí)間)/div表示。其中，時(shí)間等于屏幕中每

5、格內(nèi)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量×讀脈沖周期。使用時(shí)，示波器應(yīng)根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機(jī)等對(duì)速度的不同要求，選擇不同的讀出速度。5．讀出速度1.2數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)數(shù)字存儲(chǔ)示波器在存儲(chǔ)工作階段，對(duì)快速信號(hào)采用較高的速率進(jìn)行取樣與存儲(chǔ)，對(duì)慢速信號(hào)采用較低速率進(jìn)行取樣與存儲(chǔ)，但在顯示工作階段，其讀出速度采取了一個(gè)固定的速率，不受取樣速率的限制，因而可以獲得清晰而穩(wěn)定的波形?！艨梢詿o閃爍地觀察頻率很低的信號(hào)，這是模擬示波器無能為力的。◆對(duì)于觀測頻率很高的信號(hào)來說，模擬示波器必須選擇帶寬很高的陰極射線示波管，這就使造價(jià)上升，并且顯示精度和穩(wěn)定性都較低。而數(shù)字存儲(chǔ)示波器采用了一個(gè)固定的相

6、對(duì)較低的速率顯示，從而可以使用低帶寬、高分辨率、高可靠性而低造價(jià)的光柵掃描式示波管，這就從根本上解決了上述問題。若采用彩色顯示,還可以很好地分辨各種信息.數(shù)字存儲(chǔ)示波器與模擬示波器相比較有下述幾個(gè)特點(diǎn)。(3)具有先進(jìn)的觸發(fā)功能。數(shù)字存儲(chǔ)示波器不僅能顯示觸發(fā)后的信號(hào)，而且能顯示觸發(fā)前的信號(hào)，并且可以任意選擇超前或滯后的時(shí)間，這對(duì)材料強(qiáng)度、地震研究、生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)提供了有利的工具。除此之外，數(shù)字存儲(chǔ)示波器還可以向用戶提供邊緣觸發(fā)、組合觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、延遲觸發(fā)等多種方式，來實(shí)現(xiàn)多種觸發(fā)功能，方便、準(zhǔn)確地對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析。(4)測量精度高。模擬示波器水平精度由鋸齒波的線性度決定，故很難實(shí)現(xiàn)較

7、高的時(shí)間精度，一般限制在3%～5%。而數(shù)字存儲(chǔ)示波器由于使用晶振作高穩(wěn)定時(shí)鐘，有很高的測時(shí)精度。采用多位A/D轉(zhuǎn)換器也使幅度測量精度大大提高。尤其是能夠自動(dòng)測量直接讀數(shù)，有效地克服示波管對(duì)測量精度的影響，使大多數(shù)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的測量精度優(yōu)于1%。(2)數(shù)字存儲(chǔ)示波器能長時(shí)間地保存信號(hào)。這種特性對(duì)觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號(hào)尤為有利。有些信號(hào)，如單次沖擊波、放電現(xiàn)象等都是在短暫的一瞬間產(chǎn)生，在示波器的屏幕上一閃而過，很難觀察。數(shù)字存儲(chǔ)示波器問世以前，屏幕照相是“存儲(chǔ)”波形采