数字示波器与数字化仪的对比分析

2012-10-20 11:08:14来源: 21IC

示波器的实质是什么呢?的确,特性如显示分辨率、亮度、易于使用是必须具备的,取样速度、触发、带宽也是重要参考。某些数字化仪提供大部分特性,但最好表示为数据采集系统或瞬态记录仪。某些示波器并不提供所有上述特性,但它们显然仍是示波器,虽然速度较慢或难以使用。

牛顿出版社的电信辞典把数字化仪定义为把模拟信号转换成数字表示的器件,转换功能通常由规定的速率对模拟信号取样来实现,并且每个样本编码成样本幅值的数字表示。

该字典把示波器定义为能够显示波形和其它信息在电视那样的阴极射线管上的器件。示波器与数字化仪有根本的差别,因为它是测试用的模拟仪器。波形显示是最重要的因素。

数字化仪是嵌入式模块,例如由VXI总线或相似测试系统的系统计算机来控制的模块。小型数字化仪在实体上和电气上嵌入到膝上型计算机,可提供与示波器相似的效能,但虚拟用户界面却没有实际旋钮和按钮那样易懂和易用。但是,数据分析和报告中在同一仪器完成,数字化的波形在数字屏上显示。

示波器

触发扫描的模拟示波器仍然每年售出数以万台计。它们的价格非常实惠和速度快速,容易观察两个以上输人信号的相互关系。为了模拟示波器的使用,信号必须是接近重复性的。

如果信号完全不是重复性的,情况会变成怎么样?或者信号变化很慢,用1秒/格耐基显示的信号 波形只是一个慢移动的光点?数字存储示波器(DSO)可以解决这两个特殊情况。

DSO的取样率可以比被测信号所含有的频率高得多,无需重复出现就可捕捉到单次的瞬变,类似刷新阴极射线管的显示荧光体那样。在DSO中,数字化的数据连续从半导体存储器重放,其速度由显示器件要求的产生波形图像的时间来决定。

早期的DSO通过驱动每个轴的数镇转换器把波形显示在静电阴级射线示波管上。许多这种仪器同样作为普通模拟示波器使用。工程师不完全相信DSO的功能,需要转换至模拟方式来验证他看到的波形是否正确。

还有更好的理由,模拟示波器可对多种信号提供优异特性。的确,采用扫迹增强或彩色来增强DSO的显示信息密度克服一部分缺点。但是,甚高的触发率,高的垂直显示分辨率、高的水平和亮度分辨率、甚高的瞬时响应控制都是模拟示波器的高超特性。当观察调制、复杂信号时更为明显,对DSO的数据采集、压缩和显示能力提出难以解决的问题。

DSO的长处是显示低或高速信号,此时模拟示波器受到需要采用特殊阴极射线示波管的限制。模拟示波器综合有易于使用、高的时间和幅度显示分辨率、显示包络特性有重要作用的调制波形等优势。如果要求存档或进一步分析数字化信号,则DSO是唯一有效的解决方案,即使模拟示波器具有更好的波形表示。

DSO的最大改进是增加了取样率,保证大多数信号都具有足够的过取样。因而,显示在现代DSO的波形通常就是输入信号,而不是使人感兴趣的但却是完全虚假的混叠信号。当然,信号亦变得更快,混叠还会出现。早期有DSO取样率低,经常出现混叠,导致工程师要花数小时去寻找不存在的问题。

今天的DSO采用完善的数字信号处理来平衡用户所需的长存储器和快速显示刷新率,而不会产生空间或时间的虚假混叠信号。需要同时采用高采集率的情况下问题就更严重了。

信号完整性是廿世纪九十年代叫得最响亮的术语,正好符合数字数据通信和元线服务的爆炸性增长。快速触发电路允许DSO只捕捉非正常的信号特性,因而示波器只要处理很少的信息。由于完善的通信链路的误码率非常低,在触发产生前必须检验大量的信息。结果是,应汩的采集率仍然引人注目。

许多DSO的设计需要折衷,因为示波器仍然是可视的测试仪器。示波器根据定义是以显示为重点,但是采集的波形数据亦可传输至外部器件,例如打印机或计算机。随着更多的计算能力添加到DSO来提高其功能,示波器板上测量和分析结果亦可在数据I/O口上获得。

示波器的误差

信号完整性与示波器及其输入有关。大多数DSO的增益不准确度是1%至5%,这是对直流来说的。对于高频的绝对增益很少有所规定,但是示波器的整个高斯型滚降特性保证瞬态响应是良好的。DSO显示的相对增益准确度受前置放大器、衰减器和模傲转换器(ADC)的影响,除非采用模拟示波器的静电偏转或阴极射线示波管,准确度不受显示系统的影响。模拟示波器由于偏转放大器和阴极射线示波管有误差引人,总的增益误差达到2%至3%。

LCD屏和磁偏转阴极射线示波管以电视的速率驱动,复合信号包括全部标志、菜单文本、图形和波形。因而,波形至格子的相对准确度不受显示器件线性度的影响。

格子线的绝对准确度可能有误差,但是信号会准确定位在每条格子线上。相反地,模拟示波器的静电偏转阴极射线管的格子是腐蚀在玻璃上的,因此,任何偏转放大器或阴极射线管的非线性都会增加总的增益误差。

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关键字:数字示波器  数字化仪  速率驱动

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1020/article_6134.html
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