前 言

數字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會(huì )產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

區分模擬帶寬和數字實(shí)時(shí)帶寬

帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數字示波器的帶寬有模擬帶寬和數字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術(shù)所能達到的最高帶寬為示波器的數字實(shí)時(shí)帶寬，數字實(shí)時(shí)帶寬與最高數字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數字實(shí)時(shí)帶寬=最高數字化速率/K），一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復信號和單次信號的測量。廠(chǎng)家聲稱(chēng)示波器的帶寬能達到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說(shuō)TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數字實(shí)時(shí)帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時(shí)，一定要參考數字示波器的數字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì )給測量帶來(lái)意想不到的誤差。

 

有關(guān)采樣速率

采樣速率也稱(chēng)為數字化速率，是指單位時(shí)間內，對模擬輸入信號的采樣次數，常以MS/s表示。采樣速率是數字示波器的一項重要指標。

 

1.如果采樣速率不夠，容易出現混迭現象

如果示波器的輸人信號為一個(gè)100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因為示波器的采樣速率太慢，產(chǎn)生了混迭現象�；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩定�；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對于一個(gè)未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過(guò)慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔，看波形的頻率參數是否急劇改變，如果是，說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩定下來(lái)，也說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會(huì )發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生：

l調整掃速；

l采用自動(dòng)設置（Autoset）；

l試著(zhù)將收集方式切換到包絡(luò )方式或峰值檢測方式，因為包絡(luò )方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。

l如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因為這種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類(lèi)似于用模擬示波器顯示的波形。

 

2.采樣速率與t/div的關(guān)系

每臺數字示波器的最大采樣速率是一個(gè)定值。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div，采樣速率fs由下式給出： fs=N/(t/div) N為每格采樣點(diǎn)，當采樣點(diǎn)數N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數據：

 

表1掃速與采樣速率

t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25綜上所述，使用數字示波器時(shí)，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。數字示波器的上升時(shí)間，在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項極其重要的指標。而在數字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標明確給出。由于數字示波器測量方法的原因，以致于自動(dòng)測量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時(shí)上升時(shí)間為數字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時(shí)間為數字化間隔的1.6倍。另外，上升時(shí)間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數據：

 

表2掃速與上升時(shí)間 <BR>t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216

由上面這組數據可以看出，雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數字示波器測量出來(lái)的結果卻因為掃速不同而相差甚遠。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無(wú)關(guān)，而數字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據測出的時(shí)間來(lái)反推出信號的上升時(shí)間。