示波器的分类简介

2013-12-23 13:10:20来源: 互联网

 电子设备可以划分为两类:模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化连续,而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。传统的电唱机是模拟设备,而CD 播放器是属于数字设备。

  同样,示波器也能分为模拟和数字类型。模拟和数字示波器都能够胜任大多数的应用。但是,对于一些特定应用,由于两者具备的不同特性,每种类型都有适合和不适合的地方。作进一步划分,数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。

  模拟示波器

  在本质上,模拟示波器工作方式是直接测量信号电压,并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。示波器屏幕通常是阴极射线管(CRT)。电子束投到荧幕的某处,屏幕后面总会有明亮的荧光物质。当电子束水平扫过显示器时,信号的电压是电子束发生上下偏转,跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射的频度越大,显示得也越亮。

  CRT 限制着模拟示波器显示的频率范围。在频率非常低的地方,信号呈现出明亮而缓慢移动的点,而很难分辨出波形。在高频处,起局限作用的是CRT的写速度。当信号频率超过CRT的写速度时,显示出来的过于暗淡,难于观察。模拟示波器的极限频率约为1GHz。

  当把示波器探头和电路连接到一起后,电压信号通过探头到达示波器的垂直系统。图13 图解出模拟示波器是如何显示被测信号。设置垂直标度(对伏特/ 格进行控制)后,衰减器能够减小信号的电压,而放大器可以增加信号电压。

  随后,信号直接到达CRT的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板,引起亮点在屏幕中移动。亮点是由打在CRT内部荧光物质上的电子束产生的。正电压引起点向上运动,而负电压引起点向下运动。

  

  

  信号也经过触发系统,启动或触发水平扫描。水平扫描是水平系统亮点在屏幕中移动的行为。触发水平系统后,亮点以水平时基为基准,依照特定的时间间隔从左到右移动。许多快速移动的亮点融合到一起,形成实心的线条。如果速度足够高,亮点每秒钟扫过屏幕的次数高到500000 次。

  水平扫描和垂直偏转共同作用,形成显示在屏幕上的信号图象。触发器能够稳定实现重复的信号,它确保扫描总是从重复信号的同一点开始,目的就是使呈现的图象清晰。参照图14。

  另外,模拟示波器有对聚焦和亮度的控制,可调节出锐利和清晰的显示结果。为显示“实时”条件下或突发条件下快速变化的信号,人们经常推荐使用模拟示波器。模拟示波器的显示部分基于化学荧光物质,它具有亮度级这一特性。在信号出现越多的地方,轨迹就越亮。通过亮度级,仅观察轨迹的亮度就能区别信号的细节。

  数字示波器

  与模拟示波器不同,数字示波器通过模数转换器(ADC)把被测电压转换为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值,并对样值进行存储,存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后,数字示波器重构波形。(参看图15。)

  数字示波器分为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。

  数字的手段则意味着,在示波器的显示范围内,可以稳定、明亮和清晰地显示任何频率的波形。对重复的信号而言,数字示波器的带宽是指示波器的前端部件的模拟带宽,一般称之为3dB 点。对于单脉冲和瞬态事件,例如脉冲和阶跃波,带宽局限于示波器采样率之内。为了解更多的细节,请参照性能术语和应用部分的采样率一节。

  

  数字存储示波器

  常规的数字示波器是数字存储示波器(DSO)。它的显示部分更多基于光栅屏幕而不是基于荧光。

  数字存储示波器(DSO)便于您捕获和显示那些可能只发生一次的事件,通常称为瞬态现象。以数字形式表示波形信息,实际存储的是二进制序列。这样,利用示波器本身或外部计算机,方便进行分析、存档、打印和其他的处理。波形没有必要是连续的;即使信号已经消失,仍能够显示出来。与模拟示波器不同的是,数字存储示波器能够持久地保留信号,可以扩展波形处理方式。然而,DSO没有实时的亮度级;因此,他们不能表示实际信号中不同的亮度等级。组成DSO的一些子系统与模拟示波器的一些部分相似。但是,DSO包含更多的数据处理子系统,因此它能够收集显示整个波形的数据。从捕获信号到在屏幕上显示波形,DSO采用串行的处理体系结构,如图16所示。随后将对串行处理体系作讲解。

  串行处理体系结构

  与模拟示波器一样,DSO 第一部分(输入)是垂直放大器。在这一阶段,垂直控制系统方便您调整幅度和位置范围。紧接着,在水平系统的模数转换器(ADC)部分,信号实时在离散点采样,采样位置的信号电压转换为数字值,这些数字值称为采样点。该处理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定ADC采样的频度。该速率称为采样速率,表示为样值每秒(S/s)。

  来自ADC的采样点存储在捕获存储区内,叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点。波形点共同组成一条波形记录。创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。触发系统决定记录的起始和终止点。DSO信号通道中包括微处理器,被测信号在显示之前要通过微处理器处理。微处理器处理信号,调整显示运行,管理前面板调节装置,等等。信号通过显存,最后显示到示波器屏幕中。

  

  在示波器的能力范围之内,采样点会经过补充处理,显示效果得到增强。可以增加预触发,使在触发点之前也能观察到结果。目前大多数数字示波器也提供自动参数测量,使测量过程得到简化。

  DSO 提供高性能处理单脉冲信号和多通道的能力(参看图17)。DSO是低重复率或者单脉冲、高速、多通道设计应用的完美工具。在数字设计实践中,工程师常常同时检查四路甚至更多的信号,而DSO则成为标准的合作伙伴。

  

  数字荧光示波器

  数字荧光示波器(DPO)为示波器系列增加了一种新的类型。DPO的体系结构使之能提供独特的捕获和显示能力,加速重构信号。DSO 使用串行处理的体协结构来捕获、显示和分析信号;相对而言,DPO为完成这些功能采纳的是并行的体系结构,如图18所示。DPO采用ASIC硬件构架捕获波形图象,提供高速率的波形采集率,信号的可视化程度很高。它增加了证明数字系统中的瞬态事件的可能性。随后将对该并行处理体系结构进行阐述。

  串行处理体系结构

  DPO的第一阶段(输入)与模拟示波器相似(垂直放大器),第二阶段与DSO 相似(ADC)。但是,在模数转换后,DPO与原来的示波器相比就有显著的不同之处。

  对所有的示波器而言,包括模拟、DSO和DPO示波器,都存在着释抑时间。在这段时间内,仪器处理最近捕获的数据,重置系统,等待下一触发事件的发生。在这段时间内,示波器对所有信号都是视而不见的。随着释抑时间的增加,对查看到低频度和低重复事件的可能性就会降低。

  请注意,由显示的更新速率简单地推断采集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠显示更新速率,就确认示波器能采集到波形的所有相关信息,那么是很容易犯错误的,因为,实际上示波器并没有作到。数字存储示波器串行处理采集到的波形。由于微处理器限制着波形的采集速率,所以微处理器是串行处理的瓶颈。

  DPO把数字化的波形数据进一步光栅化,存入荧光数据库中。每1/30秒,这大约是人类眼睛能够觉察到的最快速度,存储到数据库中的信号图象直接送到显示系统。波形数据直接光栅化,以及直接把数据库数据拷贝到显存中,两者共同作用,改变了其他体系在数据处理方面的瓶颈。结果是增加了“使用时间”,增强显示更新能力。信号细节、间断事件和信号的动态特性都能实时采集。DPO微处理器与集成的捕获系统一道并行工作,完成显示管理、自动测量和设备调节控制工作,同时,又不影响示波器的捕获速度。

  DPO如实地仿真模拟示波器最好的显示属性,并在三维显示信号:时间、幅度和以时间为参变量的幅度变化,三者都是实时的。模拟示波器依靠化学荧光物质,与此不同,DPO使用完全的电子数字荧光,其实质是不断更新的数据库。针对示波器显示屏幕的每一个点,数据库中都有独立的“单元(cell)”。一旦采集到波形(即示波器一触发),波形就映射到数字荧光数据库的单元组内。每一个单元代表着屏幕中的某位置。当波形涉及到该单元,单元内部就加入亮度信息;没有涉及到则不加入。因此,如果波形经常扫过的地方,亮度信息在单元内会逐步累积。

当数字荧光数据库传送到示波器的显示屏幕后,根据各点发生的信号频率的比例,显示屏展示加入亮度形式的波形区域,这与模拟示波器的亮度级特性非常类似。 DPO也可以显示不断变化的发生频率的信息,显示屏对不同的信息呈现不同的颜色,这一点与模拟示波器不同。利用DPO,

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关键字:示波器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1223/article_22233.html
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