淺談數字示波器的死區時間

隨著科學技術的發展，數字示波器也越來越先進，而波形刷新率逐漸成為了數字示波器中僅次於帶寬、採樣率、存儲深度之後的第四大技術指標。說到波形刷新率的意義就和死區時間息息相關了。

何為死區時間？死區時間是數字示波器與生俱來的一個缺陷，目前階段是無法消除的，只能夠盡力減小。不同於模擬示波器採用電子束直接打在螢光屏上的顯示模式，數字示波器是一個典型的「前端數據採集+後端數位訊號處理」系統。這樣的系統都有這樣一個特點：前端數據採集系統ADC的輸出數據吞吐量比後端數位訊號處理系統的處理能力大很多，這就意味著後端無法「實時」處理前端輸出的數據，從而形成「死區」時間。 例如：SIGLENT（鼎陽科技）最新的數字示波器SDS2000系列的ADC採樣率為2GSa/S，即每秒輸出2G個數據，但後續數位訊號處理器每秒處理、顯示波形的能力只能達到幾百兆點每秒，也就是說處理器1秒只能夠處理採集到的幾百兆個點，剩下的數據都被丟棄，被丟棄的這些數據就是死區時間。

如圖一所示，

圖一

圖上為一個波形捕獲周期的示意圖。捕獲周期長度由有效捕獲時間和死區時間組成。在有效捕獲時間內，數字示波器按照用戶設定的採樣率進行捕獲，並將其寫入RAM中。死區時間可分為固定死區時間和變動死區時間兩部分。固定死區時間具體取決於當前數字示波器自身的情況，如FPGA/DSP等晶片的計算速率以及算法構架等。變動死區時間則取決於處理ADC採集到的數據所需的時間，它與設定的存儲深度(記錄長度)、時基、採樣率以及所選後處理功能(例如，插值、數學函數、測量和分析)多少都有直接關係，所以這部分的死區時間是變動的。

在數字示波器的眾多參數中對死區時間的影響最大的就是波形刷新率。顧名思義，波形刷新率指的就是數字示波器單位時間能夠顯示波形的數量。下面給出一個計算死區時間的公式：

死區時間%=[100×(1－波形刷新率×時基×水平格數)]%

如此便可得到一臺數字示波器真正能夠捕獲到信號的有效時間為：

有效時間%=100%－死區時間%

有了這個公式，我們就能夠進行一個大致的計算，以SIGLENT（鼎陽科技）最新的SDS2000系列超級螢光示波器為例，該產品目前波形刷新率能夠達到110,000wfm/s，屏幕水平格數為14格。假如當我們設定時基為50us時刷新率達到最大，由此計算死區時間為77%，也就是說有效時間為23%。

而傳統的數字示波器的波形刷新率大多為2000左右，我們同樣以SIGLENT的SDS1000L系列為例，波形刷新率2000，時基50us,水平格數為18格，得出死區時間：98.2%，有效時間為1.8%。由此可看出SDS2000系列的高刷新率數字示波器在捕獲信號方面的能力比SDS1000L系列強出很多。

但是由於變動死區時間的存在，不同時基下刷新率不一樣，存儲深度也不一樣，所以具體的死區時間還需進一步詳細分析計算。

圖二

圖二是一張用SIGLENT研發的SDS2000系列在異常信號捕獲上的實例圖，理論上來說數字示波器波形捕獲率越高，則捕獲到異常信號的速度越快、成功率越高，但是並不一定說數字示波器波形捕獲率高就一定能捕獲到異常信號，捕獲率低就一定捕獲不到。