數字示波器簡介及分類

示波器也能分為模擬和數字類型。模擬和數字示波器都能夠勝任大多數的應用。

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數字示波器因具有波形觸發、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優點，其使用日益普及。由於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，會產生較大的測量誤差，從而影響測試任務。

但是，對於一些特定應用，由於兩者具備的不同特性，每種類型都有適合和不適合的地方。作進一步劃分，數字示波器可以分為數字存儲示波器數字螢光示波器和採樣示波器。

數字的手段則意味著，在示波器的顯示範圍內，可以穩定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對重複的信號而言，數字示波器的帶寬是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為3dB 點。對於單脈衝和瞬態事件，例如脈衝和階躍波，帶寬局限於示波器採樣率之內。為了解更多的細節，請參照性能術語和應用部分的採樣率一節。

數字存儲示波器

常規的數字示波器是數字存儲示波器(DSO)。它的顯示部分更多基於光柵屏幕而不是基於螢光。

數字存儲示波器(DSO)便於您捕獲和顯示那些可能只發生一次的事件，通常稱為瞬態現象。以數字形式表示波形信息，實際存儲的是二進位序列。這樣，利用示波器本身或外部計算機，方便進行分析、存檔、列印和其他的處理。波形沒有必要是連續的;即使信號已經消失，仍能夠顯示出來。與模擬示波器不同的是，數字存儲示波器能夠持久地保留信號，可以擴展波形處理方式。然而，DSO沒有實時的亮度級;因此，他們不能表示實際信號中不同的亮度等級。組成DSO的一些子系統與模擬示波器的一些部分相似。但是，DSO包含更多的數據處理子系統，因此它能夠收集顯示整個波形的數據。從捕獲信號到在屏幕上顯示波形，DSO採用串行的處理體系結構，如圖16所示。隨後將對串行處理體系作講解。

串行處理體系結構

與模擬示波器一樣，DSO 第一部分(輸入)是垂直放大器。在這一階段，垂直控制系統方便您調整幅度和位置範圍。緊接著，在水平系統的模數轉換器(

ADC)部分，信號實時在離散點採樣，採樣位置的信號電壓轉換為數字值，這些數字值稱為採樣點。該處理過程稱為信號數位化。水平系統的採樣時鐘決定ADC採樣的頻度。該速率稱為採樣速率，表示為樣值每秒(S/s)。

來自ADC的採樣點存儲在捕獲存儲區內，叫做波形點。幾個採樣點可以組成一個波形點。波形點共同組成一條波形記錄。創建一條波形記錄的波形點的數量稱為記錄長度。觸發系統決定記錄的起始和終止點。DSO信號通道中包括微處理器，被測信號在顯示之前要通過微處理器處理。微處理器處理信號，調整顯示運行，管理前面板調節裝置，等等。信號通過顯存，最後顯示到示波器屏幕中。

在示波器的能力範圍之內，採樣點會經過補充處理，顯示效果得到增強。可以增加預觸發，使在觸發點之前也能觀察到結果。目前大多數數字示波器也提供自動參數測量，使測量過程得到簡化。

DSO 提供高性能處理單脈衝信號和多通道的能力。DSO是低重複率或者單脈衝、高速、多通道設計應用的完美工具。在數字設計實踐中，工程師常常同時檢查四路甚至更多的信號，而DSO則成為標準的合作夥伴。

數字螢光示波器

數字螢光示波器(DPO)為示波器系列增加了一種新的類型。DPO的體系結構使之能提供獨特的捕獲和顯示能力，加速重構信號。DSO 使用串行處理的體協結構來捕獲、顯示和分析信號;相對而言，DPO為完成這些功能採納的是並行的體系結構，。DPO採用

ASIC硬體構架捕獲波形圖象，提供高速率的波形採集率，信號的可視化程度很高。它增加了證明數字系統中的瞬態事件的可能性。隨後將對該並行處理體系結構進行闡述。

串行處理體系結構

DPO的第一階段(輸入)與模擬示波器相似(垂直放大器)，第二階段與DSO 相似(ADC)。但是，在模數轉換後，DPO與原來的示波器相比就有顯著的不同之處。

對所有的示波器而言，包括模擬、DSO和DPO示波器，都存在著釋抑時間。在這段時間內，儀器處理最近捕獲的數據，重置系統，等待下一觸發事件的發生。在這段時間內，示波器對所有信號都是視而不見的。隨著釋抑時間的增加，對查看到

低頻

度和低重複事件的可能性就會降低。

請注意，由顯示的更新速率簡單地推斷採集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠顯示更新速率，就確認示波器能採集到波形的所有相關信息，那麼是很容易犯錯誤的，因為，實際上示波器並沒有作到。數字存儲示波器串行處理採集到的波形。由於微處理器限制著波形的採集速率，所以微處理器是串行處理的瓶頸。

DPO把數位化的波形數據進一步光柵化，存入螢光資料庫中。每1/30秒，這大約是人類眼睛能夠覺察到的最快速度，存儲到資料庫中的信號圖象直接送到顯示系統。波形數據直接光柵化，以及直接把資料庫數據拷貝到顯存中，兩者共同作用，改變了其他體系在數據處理方面的瓶頸。結果是增加了「使用時間」，增強顯示更新能力。信號細節、間斷事件和信號的動態特性都能實時採集。DPO微處理器與集成的捕獲系統一道並行工作，完成顯示管理、自動測量和設備調節控制工作，同時，又不影響示波器的捕獲速度。

DPO如實地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，並在三維顯示信號：時間、幅度和以時間為參變量的幅度變化，三者都是實時的。模擬示波器依靠化學螢光物質，與此不同，DPO使用完全的電子數字螢光，其實質是不斷更新的資料庫。針對示波器顯示屏幕的每一個點，資料庫中都有獨立的「單元(cell)」。一旦採集到波形(即示波器一觸發)，波形就映射到數字螢光資料庫的單元組內。每一個單元代表著屏幕中的某位置。當波形涉及到該單元，單元內部就加入亮度信息;沒有涉及到則不加入。因此，如果波形經常掃過的地方，亮度信息在單元內會逐步累積。