示波器分为模拟示波器和数字示波器两大类。与模拟示波器不同,数字示波器使用模拟数字转换器(ADC)将测量电压值转换成数字信息。它对捕获的波形进行数字化采样并存储,直到积累了足够的采样点来描述信号波形。然后,数字示波器再读取采样点数据来显示屏上复现出波形。自Tektronix公司创始人霍华德·沃勒姆于1946年发明了世界上第一个触发示波器以来,模拟示波器得到了广泛应用,如今随着数字技术的发展和显示器技术的更新,模拟示波器已陆续退出历史舞台。


数字示波器也包含好几种类型:数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)、混合信号示波器(MSO)、混合域示波器(MDO)、采样示波器。下面我们就来简单了解下他们的区别与特点。


数字存储示波器

Digital Storage Oscilloscopes


数字存储示波器(DSO)是最传统的数字示波器。DSO允许捕获和查看可能只发生一次的事件瞬变。因为波形信息是以二进制数据格式进行存储,因此可以在示波器本身或外部计算机中进行分析、归档、打印和其他处理。波形不需要是连续的,即使在信号消失时也可以显示。与模拟示波器不同,DSO提供永久信号存储和广泛的波形处理。DSO通常没有实时强度分级,因此无法反映实时信号强度的不同水平。

  

组成数字存储示波器的一些子系统与模拟示波器中的子系统相似。然而数字存储示波器包含额外的用于收集和显示整个波形数据的数据处理子系统。DSO采用串行处理结构来捕获和显示其屏幕上的信号,该串行处理架构的描述如下

 

与模拟示波器一样,DSO的第一(输入)级是垂直放大器。垂直控制允许你在这个阶段调整幅度和位置范围。接下来,水平系统中的模数转换器(ADC)在离散的时间点对信号进行采样,并将这些点的信号电压转换成称为采样点的数字值。这个过程被称为数字化信号。

 

水平系统的采样时钟决定ADC采样的频率。这个速率被称为采样率,并且以每秒采样数(S/s)表示。从ADC获得的采样点作为波形点存储在采集存储器中。一个波形点可以由多个采样点组成,波形点合起来组成一个波形记录。用于生成波形记录的波形点的数量被称为记录长度(也称为存储深度)。触发系统决定了记录的开始和停止点。

 

DSO的信号路径包括一个微处理器,测量信号通过它到达显示器。这个微处理器处理信号,协调显示活动,管理面板控制等。然后信号通过显示存储器并显示在示波器屏幕上。根据示波器的能力,可能会对采样点进行额外的处理,从而增强显示。预触发功能也可使你能够在触发点之前看到事件。现在大多数数字示波器还提供了自动参数测量的选择,简化了测量过程。DSO是低重复率或单次、高速、多通道设计应用的理想选择。在现实世界的数字设计中,工程师通常同时检查四个或更多个信号,使DSO成为一个关键的伙伴。


数字荧光示波器

Digital Phosphor Oscilloscopes


数字荧光示波器(DPO)为示波器的架构提供了一种新的途径。这种架构使DPO能够提供独特的采集和显示能力,以精确地重构信号。当DSO使用串行处理架构来捕获、显示和分析信号时,DPO则是使用并行处理架构来执行这些功能,如图所示。DPO架构专用于独特的ASIC硬件来获取波形图像,提供高波形捕获率,从而实现更高层级的信号可视化。这种性能增加了目击发生在数字系统中的瞬态事件的概率,例如小脉冲、小故障和转换错误,并且支持额外的分析能力。该并行处理体系结构的描述如下。


DPO的第一级与第二级与DSO类似。但在模拟数字转换之后,DPO与其前辈相比有很大的不同。对于任何示波器—模拟示波器、DSO示波器或DPO示波器—总有一个闭锁时间(死区时间),在此期间内仪器处理最近获取的数据、重置系统、并等待下一个触发事件。在这段时间内,示波器对所有的信号活动都视而不见,因此观察到不频繁或低重复事件的概率随着死区时间的增加而减小。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。DSO串行处理采集到的波形。微处理器限制着波形的采集速率,也就成为串行处理的瓶颈。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,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,可以比较由不同触发产生的波形之间的异同。 


数字荧光示波器(DPO)突破模拟和数字示波器技术之间的障碍。它同时适合观察高频和低频信号、重复波形,以及实时的信号变化。只有DPO实时提供Z(亮度)轴,常规的DSO已经丧失了这一功能。


混合域示波器

Mixed Domain Oscilloscopes




2014年泰克推出了业界第一款混合域示波器MDO4000。混合域示波器(MDO)将射频频谱分析仪与数字示波器相结合,实现在一台仪器上观察来自数字、模拟到RF域的信号的相关视图。例如,MDO允许用户查看在同一个嵌入式设计中的协议、状态逻辑、模拟和RF信号的时间相关显示。这大大减少了对于跨不同域事件之间的深入了解时间和测量不确定性。如下图所示的Zigbee参考设计,RF导通可以触发示波器来查看控制器解码SPI控制线的命令行延迟、导通期间的漏极电流和电压以及由此产生的任何频谱事件。


混合信号示波器

Mixed Signal Oscilloscopes


混合信号示波器(MSO)则将DPO的性能与逻辑分析仪的基本功能(包括并行/串行总线协议解码和触发)相结合。MSO的数字通道把数字信号看成逻辑高或逻辑低,就像数字电路看信号一样。这意味着只要振铃、过冲和地弹不引起逻辑转换,MSO就不会关心这些模拟特性。就像逻辑分析仪一样,MSO使用阈值电压来确定信号是逻辑高还是逻辑低。通过分析信号的模拟和数字表现可以更快地查明许多数字问题的根本原因。MSO凭借其强大的数字触发、高分辨率采集能力和分析工具,是快速调试数字电路的首选工具。



数字采样示波器

Digital Sampling Oscilloscopes


与DSO和DPO示波器架构不同,数字采样示波器的架构中,置换了衰减器/放大器和采样桥的位置。在衰减或放大之前对输入信号进行采样。由于采样门电路把经过的信号频率变低,因此采样桥之后可以使用低带宽放大器,整个仪器的带宽得到增加。然而,采样示波器带宽的增加带来的负面影响是动态范围的限制。由于在采样门电路之前没有衰减器/放大器,所以不能对输入信号进行缩放。采样桥必须能够处理所有时刻的输入信号的满动态范围。因此,大多数采样示波器的动态范围都限制在1V峰-峰值。DSO和DPO示波器却能够处理50到100伏特的输入。此外,保护二极管不能放置在采样桥的前面,因为这会限制带宽。与其他示波器上的500V相比,采样示波器的安全输入电压降低到大约3V。 


当测量高频信号时,DSO或DPO可能不能在一次扫描中收集足够的样本。如果需要正确采集频率远远高于示波器采样频率的信号,那么数字采样示波器是一个不错的选择。这种示波器采集测量信号的能力要比其他类型的示波器高一个数量级。在测量重复信号时,它能达到的带宽以及高速定时都十倍于其他示波器。连续等效时间采样示波器能达到80GHz 的带宽。


实时示波器提供各种带宽范围,能够捕获单次事件和重复信号,已经缩短了与采样示波器在高频测量方面的差距(例如抖动和发射机表征)。如果您的应用包括要求低抖动和高动态范围的重复波形,采样示波器是一个不错的选择。采样示波器还具有较低的初始成本和模块化升级功能,非常适合电子和光生产测试应用。相比实时示波器,可以提供采样示波器的厂家比较少。

文章来源北京凡实测控技术有限公司   文章链接:http://www.beijingfanshi.com/SBQJZSZSBQDLX


2018年11月20日

示波器测试数据总是不准?两颗芯片轻松搞定!
上一篇

上一篇

下一篇

示波器基础--数字示波器的类型

添加时间:

分享到: 微信 QQ好友 更多 0