數字示波器的使用原理
數字示波器 Digital Oscilloscope - 數字示波器是一種測量儀器,它以數字方式而不是模擬方式在屏幕上顯示數據。它們很受歡迎,因為它們可以同時測量比模擬同類產品更多的信號,并且它們往往具有更好的整體信噪比。數字示波器通過模擬轉換器(ADC)把被測電壓轉換為數字信息。數字示波器捕獲的是波形的一系列樣值,并對樣值進行存儲,存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止,隨后,數字示波器重構波形。
數字示波器結構圖
這是一張數字示波器的內部結構圖,整個硬件架構分為四部分:
1. 示波器的模擬前端部分,主要有衰減器和放大器組成;經過模擬前端后,信號被調節到合適的幅度,就可以較為理想被ADC進行模數轉換。放大器決定了示波器的關鍵指標:帶寬,決定示波器能處理的信號頻率范圍。放大器的另外兩個作用是垂直偏置和提供匹配電路驅動ADC和觸發電路。
2. 模數轉換器先對輸入信號進行采樣,將輸入波形轉化成采樣點,通過將采樣點量化和編碼 存儲在示波器的通道內存中,采樣率決定決定示波器時間相關測量的精度。
3. 從模擬前端的輸出另一路連接觸發電路,當輸入信號波形滿足預設的觸發事件后,時基會將觸發事件發生的時刻設定為初始時刻計算接下來采樣點的時間 最終顯示在屏幕上。
4. 由于示波器的采樣率都很高,每秒幾十G,數字示波器需要高速緩存來存儲采樣的數據,單位存儲空間的實現成本非常高。目前可以做到每通道2G。
5. 波形的重建和顯示。數字示波器先把數據存在高速緩存,然后由CPU把緩存里的數據取出再分析、顯示。
此結構為普通低端示波器結構,而目前高端示波器大多加入ASIC芯片,是德科技示波器使用FPGA等。
數字熒光示波器 Digital Phosphor Oscilloscope (DPO) - 數字熒光示波器是傳統模擬示波器的繼承者。它不是模擬顯示器,而是使用高分辨率的數字屏幕,可以一次顯示許多不同的信號。數字熒光示波器和數字示波器一樣,也可以測量和記錄電信號。然而,它們不會將信號存儲在存儲器中。相反,他們使用陰極射線管(CRT)在屏幕上實時顯示信號。
數字采樣示波器 Digital Sampling Oscilloscope - 數字采樣示波器通過將模擬信號轉換為發送到屏幕的數字值來測量模擬信號。由于它以極高的速率進行采樣,因此通常可以非常準確地顯示您正在測量的任何內容。
直接數字合成器 Direct Digital Synthesizer (DDS) - 許多現代示波器都內置有數字信號發生器,稱為直接數字合成器。這與外部信號發生器的工作方式類似,因為它可以生成波形,但它為您省去了需要其他東西的麻煩。
數字信號 Digital Signals - 數字信號使用一系列“開和關”狀態來傳遞信息。
數字存儲示波器 Digital Storage Oscilloscope (DSO) - 數字存儲示波器(DSO) 是一種測量和記錄電信號的電子儀器。它將模擬信號轉換成數字格式并將其存儲在其數字存儲器中,以便于調用和分析。數字存儲示波器是一種先進的數字示波器,允許您手動觸發測量,然后保存數據以供將來使用。它們對長期分析很有幫助,但沒有同類型的模擬儀器那么靈活。
數字存儲示波器用于各種應用。生物醫學工程師使用它們來測量來自人體的電信號,例如心跳和腦電波。電信工程師使用 DSO 測試手機和其他通信設備。航空航天工程師用它們來測試飛機部件,同時汽車工程師使用它們來測試車輛電子系統。設計工程師使用 DSO 來驗證其設計的性能。
顯示模式 Display Modes - 示波器可以以幾種不同的方式顯示信息。最常見的是數字和模擬顯示模式,但許多示波器還包括其他類型,如脈沖寬度、強度、持續時間(靜態)等。
顯示內存 Display Memory - 顯示內存是一種示波器內存,可讓您進行測量并保存以備后用。大多數示波器都有某種顯示內存,盡管數量因單元而異。
顯示信號 Display Signals - 顯示信號是您可以在示波器屏幕上看到的測量值。它們是實時顯示的——它會隨著新數據的出現而更新它們。
振幅分布 Distribution Of Amplitude - 一種可以告訴您信號有多少功率的測量值。它以百分比表示,描述了在任何給定電壓水平下信號的總功率有多少。
動態范圍 Dynamic Range - 儀器在不給出錯誤讀數的情況下準確測量電信號中小而快的波動的能力。動態范圍是示波器精度的關鍵因素,通常在 1Hz 到 100MHz 之間測量。
分區控制 Division Control - 大多數示波器都可以分區控制,可以讓您設置在一個屏幕上顯示多少數據。
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