示波器分為模擬示波器和數字示波器兩大類。與模擬示波器不同,數字示波器使用模擬數字轉換器(ADC)將測量電壓值轉換成數字信息。它對捕獲的波形進行數字化采樣並存儲,直到積累了足夠的采樣點來描述信號波形。然後,數字示波器再讀取采樣點數據來顯示屏上複現出波形。自Tektronix公司創始人霍華德·沃勒姆於1946年發明了世界上第一個觸發示波器以來,模擬示波器得到了廣泛應用,如今隨著數字技術的發展和顯示器技術的更新,模擬示波器已陸續退出曆史舞台。


數字示波器也包含好幾種類型:數字存儲示波器(DSO)、數字熒光示波器(DPO)、混合信號示波器(MSO)、混合域示波器(MDO)、采樣示波器。下麵AG亚游集团就來簡單了解下他們的區別與特點。


數字存儲示波器

Digital Storage Oscilloscopes


數字存儲示波器(DSO)是最傳統的數字示波器。DSO允許捕獲和查看可能隻發生一次的事件瞬變。因為波形信息是以二進製數據格式進行存儲,因此可以在示波器本身或外部計算機中進行分析、歸檔、打印和其他處理。波形不需要是連續的,即使在信號消失時也可以顯示。與模擬示波器不同,DSO提供永久信號存儲和廣泛的波形處理。DSO通常沒有實時強度分級,因此無法反映實時信號強度的不同水平。

  

組成數字存儲示波器的一些子係統與模擬示波器中的子係統相似。然而數字存儲示波器包含額外的用於收集和顯示整個波形數據的數據處理子係統。DSO采用串行處理結構來捕獲和顯示其屏幕上的信號,該串行處理架構的描述如下

 

與模擬示波器一樣,DSO的第一(輸入)級是垂直放大器。垂直控製允許你在這個階段調整幅度和位置範圍。接下來,水平係統中的模數轉換器(ADC)在離散的時間點對信號進行采樣,並將這些點的信號電壓轉換成稱為采樣點的數字值。這個過程被稱為數字化信號。

 

水平係統的采樣時鍾決定ADC采樣的頻率。這個速率被稱為采樣率,並且以每秒采樣數(S/s)表示。從ADC獲得的采樣點作為波形點存儲在采集存儲器中。一個波形點可以由多個采樣點組成,波形點合起來組成一個波形記錄。用於生成波形記錄的波形點的數量被稱為記錄長度(也稱為存儲深度)。觸發係統決定了記錄的開始和停止點。

 

DSO的信號路徑包括一個微處理器,測量信號通過它到達顯示器。這個微處理器處理信號,協調顯示活動,管理麵板控製等。然後信號通過顯示存儲器並顯示在示波器屏幕上。根據示波器的能力,可能會對采樣點進行額外的處理,從而增強顯示。預觸發功能也可使你能夠在觸發點之前看到事件。現在大多數數字示波器還提供了自動參數測量的選擇,簡化了測量過程。DSO是低重複率或單次、高速、多通道設計應用的理想選擇。在現實世界的數字設計中,工程師通常同時檢查四個或更多個信號,使DSO成為一個關鍵的夥伴。


數字熒光示波器

Digital Phosphor Oscilloscopes


數字熒光示波器(DPO)為示波器的架構提供了一種新的途徑。這種架構使DPO能夠提供獨特的采集和顯示能力,以精確地重構信號。當DSO使用串行處理架構來捕獲、顯示和分析信號時,DPO則是使用並行處理架構來執行這些功能,如圖所示。DPO架構專用於獨特的ASIC硬件來獲取波形圖像,提供高波形捕獲率,從而實現更高層級的信號可視化。這種性能增加了目擊發生在數字係統中的瞬態事件的概率,例如小脈衝、小故障和轉換錯誤,並且支持額外的分析能力。該並行處理體係結構的描述如下。


DPO的第一級與第二級與DSO類似。但在模擬數字轉換之後,DPO與其前輩相比有很大的不同。對於任何示波器—模擬示波器、DSO示波器或DPO示波器—總有一個閉鎖時間(死區時間),在此期間內儀器處理最近獲取的數據、重置係統、並等待下一個觸發事件。在這段時間內,示波器對所有的信號活動都視而不見,因此觀察到不頻繁或低重複事件的概率隨著死區時間的增加而減小。請注意,由顯示的更新速率簡單地推斷采集到事件的概率是不可能的。如果隻是依靠顯示更新速率,就確認示波器能采集到波形的所有相關信息,那麽是很容易犯錯誤的,因為,實際上示波器並沒有作到。DSO串行處理采集到的波形。微處理器限製著波形的采集速率,也就成為串行處理的瓶頸。DPO把數字化的波形數據進一步光柵化,存入熒光數據庫中。每1/30秒,存儲到數據庫中的信號圖象直接送到顯示係統。波形數據直接光柵化,以及直接把數據庫數據拷貝到顯存中,兩者共同作用,改變了其他體係在數據處理方麵的瓶頸。結果是增加了“使用時間”,增強顯示更新能力。信號細節、間斷事件和信號的動態特性都能實時采集。DPO微處理器與集成的捕獲係統一道並行工作,完成顯示管理、自動測量和設備調節控製工作,同時,又不影響示波器的捕獲速度。


DPO如實地仿真模擬示波器最好的顯示屬性,並在三維顯示信號:時間、幅度和以時間為參變量的幅度變化,三者都是實時的。模擬示波器依靠化學熒光物質,與此不同,DPO使用完全的電子數字熒光,其實質是不斷更新的數據庫。針對示波器顯示屏幕的每一個點,數據庫中都有獨立的“單元(cell)”。一旦采集到波形(即示波器一觸發),波形就映射到數字熒光數據庫的單元組內。每一個單元代表著屏幕中的某位置。當波形涉及到該單元,單元內部就加入亮度信息;沒有涉及到則不加入。因此,如果波形經常掃過的地方,亮度信息在單元內會逐步累積。 


當數字熒光數據庫傳送到示波器的顯示屏幕後,根據各點發生的信號頻率的比例,顯示屏展示加入亮度形式的波形區域,這與模擬示波器的亮度級特性非常類似。DPO也可以顯示不斷變化的發生頻率的信息,顯示屏對不同的信息呈現不同的顏色,這一點與模擬示波器不同。利用DPO,可以比較由不同觸發產生的波形之間的異同。 


數字熒光示波器(DPO)突破模擬和數字示波器技術之間的障礙。它同時適合觀察高頻和低頻信號、重複波形,以及實時的信號變化。隻有DPO實時提供Z(亮度)軸,常規的DSO已經喪失了這一功能。


混合域示波器

Mixed Domain Oscilloscopes




2014年AG亚游集团推出了業界第一款混合域示波器MDO4000。混合域示波器(MDO)將射頻頻譜分析儀與數字示波器相結合,實現在一台儀器上觀察來自數字、模擬到RF域的信號的相關視圖。例如,MDO允許用戶查看在同一個嵌入式設計中的協議、狀態邏輯、模擬和RF信號的時間相關顯示。這大大減少了對於跨不同域事件之間的深入了解時間和測量不確定性。如下圖所示的Zigbee參考設計,RF導通可以觸發示波器來查看控製器解碼SPI控製線的命令行延遲、導通期間的漏極電流和電壓以及由此產生的任何頻譜事件。


混合信號示波器

Mixed Signal Oscilloscopes


混合信號示波器(MSO)則將DPO的性能與邏輯分析儀的基本功能(包括並行/串行總線協議解碼和觸發)相結合。MSO的數字通道把數字信號看成邏輯高或邏輯低,就像數字電路看信號一樣。這意味著隻要振鈴、過衝和地彈不引起邏輯轉換,MSO就不會關心這些模擬特性。就像邏輯分析儀一樣,MSO使用閾值電壓來確定信號是邏輯高還是邏輯低。通過分析信號的模擬和數字表現可以更快地查明許多數字問題的根本原因。MSO憑借其強大的數字觸發、高分辨率采集能力和分析工具,是快速調試數字電路的首選工具。



數字采樣示波器

Digital Sampling Oscilloscopes


與DSO和DPO示波器架構不同,數字采樣示波器的架構中,置換了衰減器/放大器和采樣橋的位置。在衰減或放大之前對輸入信號進行采樣。由於采樣門電路把經過的信號頻率變低,因此采樣橋之後可以使用低帶寬放大器,整個儀器的帶寬得到增加。然而,采樣示波器帶寬的增加帶來的負麵影響是動態範圍的限製。由於在采樣門電路之前沒有衰減器/放大器,所以不能對輸入信號進行縮放。采樣橋必須能夠處理所有時刻的輸入信號的滿動態範圍。因此,大多數采樣示波器的動態範圍都限製在1V峰-峰值。DSO和DPO示波器卻能夠處理50到100伏特的輸入。此外,保護二極管不能放置在采樣橋的前麵,因為這會限製帶寬。與其他示波器上的500V相比,采樣示波器的安全輸入電壓降低到大約3V。 


當測量高頻信號時,DSO或DPO可能不能在一次掃描中收集足夠的樣本。如果需要正確采集頻率遠遠高於示波器采樣頻率的信號,那麽數字采樣示波器是一個不錯的選擇。這種示波器采集測量信號的能力要比其他類型的示波器高一個數量級。在測量重複信號時,它能達到的帶寬以及高速定時都十倍於其他示波器。連續等效時間采樣示波器能達到80GHz 的帶寬。


實時示波器提供各種帶寬範圍,能夠捕獲單次事件和重複信號,已經縮短了與采樣示波器在高頻測量方麵的差距(例如抖動和發射機表征)。如果您的應用包括要求低抖動和高動態範圍的重複波形,采樣示波器是一個不錯的選擇。采樣示波器還具有較低的初始成本和模塊化升級功能,非常適合電子和光生產測試應用。相比實時示波器,可以提供采樣示波器的廠家比較少。

文章來源北京凡實測控技術有限公司   文章鏈接:https://www.hxy-elec.com/SBQJZSZSBQDLX


2018年11月20日

示波器測試數據總是不準?兩顆芯片輕鬆搞定!
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