简述数字示波器死区时间和波形捕获率影响测量结果

　　图3：数字示波器的一个捕获周期。

　　例如，如果有效捕获时间是100ns（样本数为1k，采样率为10G），而死区时间是10ms，那么整个捕获周期所用的时间是10.0001ms。由此得到的死区时间比是99.999%，而波形捕获率是每秒不到100个波形。目前市场上大部分示波器在常规测量模式下面的波形捕获率都在几百次的量级，R&S公司最新的RTO系列示波器在同等条件下可以实现最高1，000，000次的波形捕获率，死区时间比可以降低到90%一下，远远要高出其他示波器。有些带宽≤1G的示波器在其最高采样率下，可以达到50，000次/秒的波形捕获率，其死区时间比也高达99.5%以上。

　　死区时间和波形捕获率对测量结果的影响

　　很多工程师在硬件调试过程中可能遇会到过这样的情形：在调试的后期阶段，电路板主要器件的焊接基本完成，在进行功能验证过程中，发现系统一运行没多久就会出故障，但是通过示波器查看关键的时钟和使能信号都“没有问题”，最终将故障原因定为在软件原因，然后逐行检查代码，进行软件优化。现在已经对示波器的死区时间已经有了清晰的认识，对于上面的情形还有一种可能就是示波器漏掉了导致系统故障的偶发信号，图4可以很形象的说明这一问题：

　　图4：示波器死区时间导致丢失关键偶发信号。

　　由于示波器死区时间的存在，导致示波器可能漏掉关键的异常信号，而给用户显示一个带有欺骗性的结果，最终误导用户的判断，会大大延长调试时间，降低调试效率。

　　根据公式1，如果波形捕获时间（即，样本数×分辨率，或10×水平刻度）、波形捕获率和信号事件发生速率（例如脉冲干扰的重复速率）均已确定，那么增加测量时间，会加大捕获并显示信号事件的概率：

　　公式1：

　　P：捕获偶发重复信号事件的概率［单位是%］

　　GlitchRate：信号故障频率（例如，重复脉冲干扰）［单位是1/s］

　　T：有效捕获时间或波形显示时间（记录长度/采样速率，或记录长度×分辨率，或10×时间量程/格）［单位是s］

　　AcqRate：波形捕获率［单位是wfms/s］

　　Tmeasure：测量时间［单位是s］

　　如果知道概率，对公式1进行变换，可以计算捕获该偶发信号所需时间：

　　公式2：

　　假定某个信号带一个有每秒重复10次的异常。该信号本身以数据形式显示在示波器上，所采用的水平刻度为10ns/div。如果所用显示屏有10个水平格，则可以计算100ns的有效捕获时间。为了确保捕获所需信号事件的置信度较高，需要使用99.9%的概率。现在，所需的测试时间取决于示波器的波形捕获率。下表统计了几种不同的波形捕获率所对应的所需测试时间。

　　表1：在概率为99.9%（T=100ns，GlitchRate=10/s）的条件下，捕获重复异常信号所需时间。

　　虽然R&S的RTO系列示波器在该条件下的死区时间比还有接近90%左右，但是相比于其他死去时间比在99.5%以上的示波器，其发现偶发异常信号能力确是成数量级的上升，可以帮助工程师极大的提高调试效率。试问：有几位工程师在检查每一个信号时可以在示波器上看超过7秒钟时间呢？

　　前面也提到，波形捕获率和水平刻度、记录长度、采样率的设置都有关系，在实际测量中，如何根据实际的被测信号在这些参数设置中找到一个平衡点，以最高的捕获概率查看波形，提高调试效率，这是工程师在数字示波器使用过程中需要考虑的问题，这一部分会在以后文章中专门讨论。