示波器主要技术指标及选择(共4页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上一、数字示波器的主要性能指标 在选择数字示波器时,我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号,即显示信号与被测信号的一致性。 数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力,下面根据其主要性能指标进行详细分析。示波器最主要的技术指标是带宽、采样率和存储深度1、带宽 如图1所示,数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号,当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7时的频率值(即f-3dB)。带宽决定了数字示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加,数字示波器对信号的准确显示能力下降。实际测试中我们会发现,当被测信号的频率与数字示波器带宽相近时,数字示
2、波器将无法分辨信号的高频变化,显示信号出现失真。例如: 频率为100MHz、电压幅度为1V的信号用带宽为100MHz的数字示波器测试,其显示的电压只有0.7V左右。图2为同一阶跃信号用带宽分别为4GHz、1.5GHz和300MHz的数字示波器测量所得的结果。从图中可以看出,数字示波器的带宽越高,信号的上升沿越陡,显示的高频分量成分越多,再现的信号越准确。实际应用中考虑到价格因素(数字示波器带宽越高价格越贵),经过实践经验的积累,我们发现只要数字示波器带宽为被测信号最高频率的3-5倍,即可获得3%到2%的精度,满足一般的测试需求。示波器所能准确测量的频率范围,大家都遵循测量的五倍法则:示波器所需
3、带宽=被测信号的最高信号频率*5,使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过/2%,对大多的操作来说已经足够。2、采样率,指数字示波器对信号采样的频率,表示为样点数每秒(S/s)。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就越高,重要信息和事件丢失的概率就越小,信号重建时也就越真实。根据奈奎斯特定理,采样速率要大于等于2倍的被测信号频率,才能不失真地还原原始信号。但这个定理的前提是基于无限长的时间和连续的信号,在实际测试中,数字示波器的技术无法满足此条件。根据实践经验的积累,数字示波器为了准确地再现原始信号,采样速率一般为原始信号最高频率的2.5-10倍。 采样率又分为实时采样率跟等
4、效采样率,实时就是指单次采样所能达到的最大. 率是指用多次采样得到的信号共同完成信号的重建,因此1G实时的可以达到很高的率. 但是他只能适用于周期信号. 单次信号只能用实时采样方式来捕获.我们平常所说的采样率是指实时采样率,这是因为实时采样率可以用来实时地捕获非周期异常信号,而等效采样率则只能用于采集周期性的稳定信号。单位GSA/S 为每秒千兆采样,1G=1000M, Sa为sample的缩写。3、存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的内存以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度,可以计算出所要求的存储深度,
5、也称记录长度。并不是有些国内二流厂商对外宣称的“存储深度是指波形录制时所能录制的波形最长记录“,这样的偷换概念,完全向相反方向引导人们的理解,难怪乎其技术指标高达”1042K“的记录长度。这就是为什么他们不说存储深度是在高速采样下,一次实时采集波形所能存储的波形点数。 把经过A/D数字化后的八位二进制波形信息存储到示波器的高速CMOS内存中,就是示波器的存储,这个过程是“写过程”。内存的容量(存储深度)是很重要的。对于DSO,其最大存储深度是一定的,但是在实际测试中所使用的存储长度却是可变的。 在存储深度一定的情况下,存储速度越快,存储时间就越短,他们之间是一个反比关系。同时采样率跟时基(ti
6、mebase)是一个联动的关系,也就是调节时基檔位越小采样率越高。存储速度等效于采样率,存储时间等效于采样时间,采样时间由示波器的显示窗口所代表的时间决定,所以;存储深度采样率 采样时间(距离 = 速度时间)由于DSO的水平刻度分为12格,每格的所代表的时间长度即为时基 (timebase),单位是s/div,所以采样时间 timebase 12. 由存储关系式知道:提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率,当要测量较长时间的波形时,由于存储深度是固定的,所以只能降低采样率来达到,但这样势必造成波形质量的下降;如果增大存储深度,则可以以更高的采样率来测量,以获取不失真的波形。 下图曲线揭
7、示了采样率、存储深度、采样时间三者的关系及存储深度对示波器实际采样率的影响。比如,当时基选择10us/div文件位时,整个示波器窗口的采样时间是10us/div * 12格=120us,在1Mpts的存储深度下,当前的实际采样率为:1M120us8.3GS/s,如果存储深度只有250K,那当前的实际采样率就只要2.0GS/s了!存储深度决定了实际采样率的大小,一句话,存储深度决定了DSO同时分析高频和低频现象的能力,包括低速信号的高频噪声和高速信号的低频调制。明白了存储深度与取样速度密切关系后,我们来浅谈下长存储对于我们平常的测量带来什么的影响呢?平常分析一个十分稳定的正弦信号,只需要500点
8、的记录长度;但如果要解析一个复杂的数字元数据流,则需要有上万个点或更多点的存储深度,这是普通存储是做不到的,这时候就需要我们选择长存储模式。可喜的是现在国产示波已经具有这样的选择,比如鼎阳(Siglent)公司推出的ADS1000CA系列示波器高达2M的存储深度,是目前国产示波器最大的存储深度示波器,打破了只有高端示波器才可能具有大的存储深度的功能。通过选择长存储模式,以便对一些操作中的细节进行优化,同时配备1G实时采样率以及高刷新率,完美再现捕获波形。长存储对平常的测量中,影响最明显的是在表头含有快速变化的数据链和功率测量中。这是由于功率电子的频率相对较低(大部分小于1MHz),这对于我们选
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