数字存储示波器基础一

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/201701/337066.htm时基和水平的分辨率

　　在数字存储示波器中，水平系统的作用是确保对输入信号采集足够数量的采样值，并且每个采样值取自正确的时刻，和模拟示波器一样，水平偏转的速度取决于时基的设置（s/格）。
　　构成一个波形的组全部的采样叫作一个记录，用一个记录可以重建一个或多个屏莫的波形，一个示波器可以贮存的采样点数称为记录长度或采集长度，记录长度用字节或千字节来表示，1千字节（1KB）等于1024个采样点。
　　通常，示波器沿着水平轴显示512采样点，为了便于使用，这些采样点以每格50个采样点的水平分辨率来进行显示，这就是说水平轴的长为512/50=10.24格。
　　据此，两个采样之间的时间间隔可按下式计算：
　　采样间隔=时基设置（s/格）/采样点数
　　若时基设置为1ms/格，且生格有50个采样，则可以计算出采样间隔为：采样间隔=1ms/50=20us
　　采样速率是采样间隔的倒数：采样速率=1/采样间隔
　　通常示波器可以显示的采样点数是固定的，时基设置的改变是通过改变采样速率来实现的，因此一台特定的示波器所给出的采样速率只有在某一特定的时时设置之下才是有效的。在较低的时基设置之下，示波器使用的采样速率也比较低。
　　设有一台示波器，其最大采样速率为100MS/s那么示波器实际使用这一采样的速率的时基设置值应为
时基设置值=50样点×采样间隔
　　　　　=50/采样速率
　　　　　=50/（100×106)
　　　　　=500ns/格
　　了解这一时基设置值是非常重要的，因为这个值是示波器采集非重复性信号时的最快的时基设置，使用这个时基设置时示波器能给出其可能的最好的时间分辨率。
　　此时基设置值称为“最大单次扫描时基设置值”，在这个设置值之下示波器使用“最大实进采样速率”进行工作。这个采样速率也就是在示波器的技术指标中所给出的采样速率。

实用上升时间

　　在很多示波器应用场合，都要进行信叼开关我的测量，即测量上升时间和下降时间。
　　从第一章我们已经知道，示波器的上升时间决定了该示波器能够精密进行测量的最快瞬变我对于模拟示波器来说，上升时间特性。对于模拟示波器来说，上升时间特性完全取决于示波器的模拟电路。
　　如果DSO，则示波器可以采集到的最快的瞬变特性不仅取决于其模拟电路，也取决于其时间分辨率。为了正确的进行上升时间的测量，必须在我们关心的信号边缘上采集到足够的细节信息，这就是说，在瞬变期间必须采集很多采样点。这个上升时间称为DSO的有用上升时间。并且其时间值是时基设置值的函数。
　　我们将在本书的练习部分（第六章）更详细的讨论上升时间测量的问题。

最大捕捉频率及香农(Shannon)采样准则

　　当人们最初探索将信号进行数字化的时候研究工作就已揭示，为了很好的恢复原来的信号，在进行信号数字化的时候就要求采样时钟的频率至少应为信号本身所包含的最高频率的两倍，这个要求通常称为香农采样定理。
　　然而，这项研究工作是针对通信应用领域而并非针对示波器为进行的，现在来看图22。从图中看出。当使用两倍于信号频率的采样时钟时。信号频率确实可以恢复。使用恰当的波形重建装置我们就可可得到和原始的波形十分相象的波形。但是问题睦的是这样简单吗？
　　现在我们设想在进行波形的数字化时仍然使用相同的采样时钟，但是将采样点选在和原来略为不同的时刻，不定在信号的峰值点，这样一来，信号的幅度信息就会严重失误，甚至可能完全丢失，事实上。如果采样点准确地取在信号地过零零碎碎点（见图22下图）那么由于所有的采样取到的采值均为零零碎碎，我们将完全观测不到信号。

图22 用两倍于信号频率的采样速率对正弦波进行采样。
分别示出采样点位于信号峰值点和采样点接近信号过零零碎碎点两种情况

示波器是用来研究信号的，为了很好的研究主事情不仅要求正确的表示信号频率并且还要求准确地表示信号波形的幅度。从图23可以看出，如果每个周期用三个采样点对信号进行采样。则再现的波形也会发生很大的失真。

图23 以每周期约三个采样点进行采样的信号波形

根据经验通常认为每周期最小要了十个采样点才能给出足够的信号细节。在有些情况下，对信号怕细节要求低一些，这时每周期取五个样点可能就足以给出有关信号的特性（见图24）。这样，对于一个最大样率为200Ms/s的示波器来说，能够准确采集的最大信号频率即为20于40MHz。在这种情况下，还可以使用特殊的显示系统来提高显示波开有的保真度。其方法是通过各个采样点画出最佳拟合的正弦曲线。这种方法称为正弦内插。

图24 以每周期五个采样点进行采样的信号波形

假象（Aliasing)现象

　　我们已经知道，为了重建一个波形，至少需要一定数量的采样点，而且在任何情况下采样时钟的频率都必须比信号频率高五至十倍。
　　如果采样时钟频率比信号频率代，那么我们将会得到不可预料的结果。
　　让我来看一下图25所示的情况。如图所示，我们从信号波形的不同周期连续获到采样点，然而。每一个新的采样点的采集都发生在相对信号过零点的时间间隔略为长一点的时刻。如果我们现在来显示这些采样点并用它来重建信号波形，则显示出的仍然是一个正弦波。但是这个正弦波的频率和原来输入信号的频率完全不同。这种现象称为假象信号或者不正确频率的幻影信号。然而，它却可能表示出正确的波形形状，而且往往还具有正确的波度幅度。

图25 假象信号正弦波

多数现代示波器都调用有所谓自动设置功能，一旦输入信号连好以后，示波器就能自动地造反适当的偏转系数和时基设置值。这种自动设置功能也能帮助避免假象现象。
　　在有些情况下，信号的频率变化得非常快，以致于在某一时刻选定的时基设置是正确的，而在另一时刻（或者对于信号的另一部分而言）示波器又显示出假象信事情，这时可以用峰值检测功能（见2.2节）来发现任何时刻信号的真正幅值。
　　为了获得这种复杂信号的起初波形，建议使用组合示波器的模拟方式来观察信号，归要结底，模拟方式是不可能发生假象现象的。