数字存储示波器的工作原理与应用
技术指标: 技术指标 1. 取样速率 fmax 定义:单位时间内完成的完整 A/D 转换的次数。 取样速率主要由 A/D转换器的转换速率来决定。 取样速率愈高,仪器捕捉信号的能力愈强 数字存储示波器在某个测量时刻的实际取样速率可根据示波器当时设定的扫描时间因数(t/div)推算。其推算公式为 f=N/(t/div) 式中 N——每格的取样数; t/div——扫描时间因数,扫描一格所占用的时间。亦称扫描速度, 例如, 若某数字示波器的扫描时间因数设定为10μs/div, 每格取样数为100点,则此时的取样速率等于10MHz。 很显然,数字示波器取样速率fmax与示波器最快扫描速度相对应。若该数字示波器最快扫描速度为100μs/div,则其fmax为1GHz。 2. 存储容量 存储容量又称记录长度,用记录一帧波形数据占有的存储容量来表示,常以字(word)为单位。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。 数字存储器的存储容量通常采用 256B,512B,1KB,4KB 等。存储容量愈大,水平分辨率就愈高。但存储容量并非越大越好,由于仪器取样速率的限制,若存储容量选取不恰当,往往会因时间窗口缩短而失去信号的重要成分,或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低。 3. 存储带宽 存储带宽与取样速率密切相关。根据取样定理,如果取样速率大于或等于信号频率分量的2倍,便可重现原信号波形。实际上,在数字存储示波器的设计中,为保证显示波形的分辨率,往往要求增加更多的取样点, 一般一个周期取4~10点。 4. 分辨率 分辨率用于反映存储信号波形细节的综合特性。 分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。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) 表示。水平分辨率由存储器的容量来决定,常以屏幕每格含多少个取样点(点/div)表示。 示波管屏幕坐标的刻度一般为 8×10 div。若示波器采用8位 A/D 转换器(256级),则其垂直分辨率为32级/div,用百分数表示为 1/256≈0.39%。若采用容量为1KB的存储器,则水平分辨率为 1 024/10≈100 点/div,或用百分数表示为 1/1 024≈0.1%。
与模拟示波器的区别: 与模拟示波器的区别 (1) 数字存储示波器在存储工作阶段,对快速信号采用较高的速率进行取样与存储,对慢速信号采用较低速率进行取样与存储,但在显示工作阶段,其读出速度采取了一个固定的速率,不受取样速率的限制,因而可以获得清晰而稳定的波形。 ◆ 可以无闪烁地观察频率很低的信号,这是模拟示波器无能为力的。 ◆ 对于观测频率很高的信号来说,模拟示波器必须选择带宽很高的阴极射线示波管,这就使造价上升,并且显示精度和稳定性都较低。而数字存储示波器采用了一个固定的相对较低的速率显示,从而可以使用低带宽、高分辨率、高可靠性而低造价的光栅扫描式示波管,这就从根本上解决了上述问题。若采用彩色显示,还可以很好地分辨各种信息. (2) 具有先进的触发功能。数字存储示波器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,这对材料强度、地震研究、生物机能实验提供了有利的工具。除此之外,数字存储示波器还可以向用户提供边缘触发、组合触发、状态触发、延迟触发等多种方式,来实现多种触发功能,方便、准确地对电信号进行分析。 (3) 测量精度高。模拟示波器水平精度由锯齿波的线性度决定,故很难实现较高的时间精度,一般限制在3[[[[%]]]]~5[[[[%]]]]。而数字存储示波器由于使用晶振作高稳定时钟,有很高的测时精度。采用多位A/D转换器也使幅度测量精度大大提高。尤其是能够自动测量直接读数,有效地克服示波管对测量精度的影响,使大多数的数字存储示波器的测量精度优于1[[[[%]]]]。 (4) 具有数字信号的输入/输出功能, 所以可以很方便地将存储的数据送到计算机或其他外部设备,进行更复杂的数据运算或分析处理。同时还可以通过GP-IB 接口与计算机一起构成强有力的自动测试系统。


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