作者：橫河培訓(xùn) 陸雷
示波器
示波器是電子電氣工程師最常用的工具之一，了解示波器測量系統(tǒng)的質(zhì)量是極為重要的。通過一些關(guān)鍵指標(biāo)如帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度等可以進(jìn)行一些最基本的比較。
經(jīng)驗(yàn)豐富的示波器使用者還會(huì)比較示波器的波形捕獲率、本底噪聲、ADC分辨率等一些不太注意的指標(biāo)，來評價(jià)示波器，以保證進(jìn)行更好的測量。
波形捕獲率
示波器的波形捕獲率：示波器單位時(shí)間內(nèi)捕獲多少次波形，單位為“wfm/s”中文一般寫作“次/秒”、“幀/秒”。又稱為“波形刷新率”、“波形觸發(fā)率。
我們先了解一下另外一個(gè)概念，顯示刷新率：顯示刷新率就是屏幕每秒鐘刷新的次數(shù)，一般情況下人的肉眼刷新率是60Hz 左右，我們平時(shí)肉眼看到示波器上的波形一直在變化，但肉眼能觀察信號的變化的速率只有60Hz左右，60次/秒。肉眼看到示波器上的波形在“不停地”變化，但實(shí)際上波形這次變化到下次變化之間對應(yīng)的信號有“極大量”的信號都已經(jīng)“被漏失”了，并沒有顯示在示波器的屏幕上。
讓我們回到波形捕獲率這個(gè)概念上，了解一下數(shù)字示波器顯示波形的過程：信號經(jīng)探頭后進(jìn)入示波器輸入通道，進(jìn)入放大器，ADC，采集存儲(chǔ)器，然后示波器會(huì)將采集存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)點(diǎn)傳輸?shù)紺PU單元進(jìn)行顯示處理，測量和運(yùn)算。數(shù)字示波器采樣、處理數(shù)據(jù)是需要時(shí)間的，這段時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間內(nèi)示波器不采樣，所以實(shí)際上不是所有波形我們都能在屏幕上看到，我們看到的波形其實(shí)是分隔成一段一段的。
波形捕獲率也不是一成不變的，它受到示波器水平刻度、記錄長度、采樣率以及所選后處理功能（數(shù)學(xué)函數(shù)、測量和分析）的影響。
做一個(gè)簡單的計(jì)算，示波器屏幕的水平軸是1us，理想狀態(tài)無死區(qū)時(shí)間捕獲的話1s時(shí)間能夠捕獲1百萬個(gè)屏幕，現(xiàn)在示波器的波形捕獲率一般在幾萬到幾十萬之間，可見捕獲的波形漏失了很多。
但是如果示波器屏幕的水平軸是1ms，理想狀態(tài)無死區(qū)時(shí)間捕獲的話1s時(shí)間能夠捕獲1千個(gè)屏幕，那么示波器是不是能夠無縫捕獲波形了呢？
記錄長度越大，數(shù)據(jù)處理的時(shí)間也就越長，波形捕獲率也就越低。
高波形捕獲率在示波器采集很短時(shí)間時(shí)能夠提高捕獲異常信號的幾率，但是仍然會(huì)有漏失的信號，那么示波器有沒有不漏失信號的采集方法呢？
示波器采用滾動(dòng)模式（ROLL）模式采集
?優(yōu)點(diǎn)：示波器將每一個(gè)采樣點(diǎn)都顯示到了屏幕上，沒有死區(qū)時(shí)間。
?缺點(diǎn)：只有記錄長度大的示波器才能保證高采樣率。
高波形捕獲率在示波器采集很短時(shí)間時(shí)能夠提高捕獲異常信號的幾率，但是仍然會(huì)有漏失的信號，那么示波器有沒有不漏失信號的采集方法呢？
示波器采用滾動(dòng)模式（ROLL）模式采集
?優(yōu)點(diǎn)：示波器將每一個(gè)采樣點(diǎn)都顯示到了屏幕上，沒有死區(qū)時(shí)間
?缺點(diǎn)：只有記錄長度大的示波器才能保證高采樣率
橫河DLM3000/DLM5000系列示波器具有最大500Mpoint的記錄長度
深存儲(chǔ)的利用
利用大容量存儲(chǔ)記錄下來的波形數(shù)據(jù)量很大，波形很密集，難以觀察，需要有更好的工具來分析。
? 實(shí)時(shí)雙窗口放大
利用大容量存儲(chǔ)記錄下來的波形數(shù)據(jù)量很大，波形很密集，難以觀察，需要有更好的工具來分析。
? 波形搜索
波形捕獲率
高波形捕獲率在示波器采集很短時(shí)間時(shí)能夠提高捕獲異常信號的幾率，但是仍然會(huì)有漏失的信號，那么示波器有沒有不漏失信號的采集方法呢？
示波器采用滾動(dòng)模式（ROLL）模式采集
?優(yōu)點(diǎn)：示波器將每一個(gè)采樣點(diǎn)都顯示到了屏幕上，沒有死區(qū)時(shí)間。
?缺點(diǎn)：只有記錄長度大的示波器才能保證高采樣率。
橫河DLM3000/DLM5000系列示波器具有最大500Mpoint的記錄長度。
噪聲指標(biāo)
示波器在不同垂直量程和偏置下的底噪聲是評估示波器測量質(zhì)量的一個(gè)很好依據(jù)，噪聲的大小可以告訴用戶示波器的前端和ADC電路設(shè)計(jì)得有多純凈，因?yàn)槭静ㄆ鞯牡自肼晻?huì)增加額外的抖動(dòng)并減小設(shè)計(jì)裕量。
一般情況下，示波器帶寬越高，其內(nèi)部噪聲就越高。
目前高質(zhì)量示波器的底噪聲已經(jīng)可以達(dá)到200uV甚至更低。
ADC指標(biāo)
在介紹示波器基礎(chǔ)的時(shí)候已經(jīng)介紹過示波器采樣率，采樣率是ADC的基本指標(biāo)之一。
ADC的分辨率：也就是ADC的位數(shù)，示波器一般是8位ADC，其所能分辨的最小量化電平為參考電平（滿量程）的256分之一。
ADC的精度：是幅度測量結(jié)果與信號實(shí)際幅度的接近程度。有些數(shù)字示波器采用高分辨率ADC，表面上看它們的精度要高于8 位產(chǎn)品，但事實(shí)不一定如此。
對于高頻示波器還引入了有效位數(shù)(ENOB)這一評價(jià)指標(biāo)。
使用采樣技術(shù)提升垂直分辨率
數(shù)字示波器還可以通過數(shù)字信號處理來提升數(shù)字示波器的垂直分辨率，下面主要介紹以下兩種方法
? 平均采集模式。
? 高分辨率采集模式。
平均采集模式
平均采集模式：平均模式是多次觸發(fā)采集重復(fù)的信號，通過使用來自兩次或兩次以上采集的數(shù)據(jù)，這種模式逐點(diǎn)平均采集中對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成輸出波形。
? 優(yōu)點(diǎn)：平均模式改善了信噪比，降低了與觸發(fā)無關(guān)的噪聲，提高了垂直分辨率。
? 缺點(diǎn)：需要多次觸發(fā)采集，只能觀察重復(fù)信號。
算術(shù)平均：
指數(shù)平均：
平均采集模式增強(qiáng)分辨率：
高分辨率采集模式
高分辨率采集模式：通過計(jì)算及顯示多個(gè)順序樣點(diǎn)的波形串平均值來實(shí)現(xiàn)。單次采集也可以使用，最高采樣率為最大采樣率的一半。
高分辨率采集模式增強(qiáng)分辨率：
? 最高實(shí)現(xiàn)12位的分辨率。
綜合優(yōu)化
使用示波器測量時(shí)噪聲無處不在，需要濾波和優(yōu)化，應(yīng)優(yōu)化所有采集階段，以實(shí)現(xiàn)最佳分辨率和噪聲性能。
