簡述數字示波器死區時間和波形捕獲率影響測量結果

　　隨著科技的進步，傳統的模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進。數字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數字示波管能充分利用記憶、存儲和處理，以及多種觸發和預前觸發能力。廿世紀八十年代數字示波器異軍突起，成果纍纍，大有全面取代模擬示波器之勢，模擬示波器逐漸從前臺退到後臺。

　　什麼是死區時間

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　　　要想了解死區時間的來源，需要先對數字示波器的結構有一個基本的了解。數字示波器的典型組成框圖如圖1、圖2所示。

　　

　　圖1：傳統數字示波器組成框圖。

　　

　　圖2：R&S公司RTO系列示波器組成框圖。

　　被測信號通過輸入通道進入示波器，並通過垂直系統中的衰減器和放大器加以調節。模數轉換器（ADC）按照固定的時間間隔對信號進行採樣，並將各個信號振幅轉換成離散的數字值，稱為「樣本點」。採集模塊隨後則執行處理功能，例如樣本抽取，默認一般都為採樣模式。輸出數據作為樣本點（samples）存儲在採集存儲器中。存儲的樣點數目用戶可以通過記錄長度進行設置。

　　根據用戶的需求，還可以對這些樣本點進一步後處理。對於數字示波器而言，基本上對波形樣本執行的處理步驟沒有任何限制。這些後處理功能或者使用軟體通過該儀器的主處理程序執行，或者使用專用的ASIC或FPGA硬體執行，具體取決於示波器的結構。最終結果隨後通過示波器的顯示屏呈現給用戶。

　　從圖1和圖2中可以看到R&S RTO系列示波器和傳統數字示波器的在信號處理過程上的區別，它使用了專門獨立開發的ASIC晶片RTC和FPGA來實現波形樣本的後處理，如通道校準、樣本抽取、數字濾波、math、直方圖測量、模板測試以及FFT、自動測量、協議解碼等等，大大降低了主處理器的工作負荷，同時在RTO晶片中用數字觸發取代了模擬觸發電路，消除了模擬觸發電路帶來的觸發抖動，傳統的中高端示波器為了減小這部分抖動，需要大量的DSP後處理。硬體結構上的創新，極大的縮短了RTO示波器波形樣本後處理所耗費的時間。

　 死區時間是PWM輸出時，為了使H橋或半H橋的上下管不會因為開關速度問題發生同時導通而設置的一個保護時段。通常也指pwm響應時間。 死區時間是指控制不到的時間域。在變頻器裡一般是指功率器件輸出電壓、電流的"0"區，在傳動控制裡一般是指電機正反向轉換電壓、電流的過零時間。死區時間當然越小越好。但是所以設置死區時間，是為了安全。因此又不可沒有。最佳的設置是：在保證安全的前提下，越小越好。以不炸功率管、輸出不短路為目的。

　　死區時間和捕獲周期及波形捕獲率關係

　　示波器的波形捕獲率指單位時間內示波器所捕獲的波形個數，每個波形可以由數百或更多個點構成。我們可以拿示波器的波形捕獲率指標和數位相機的快門反應時間做個對應，示波器的波形捕獲率快，可捕獲偶發信號，數位相機快門反應時間快，可捕獲精彩的瞬間。相機的快門時間指的是，從啟動到快門反應的時間，若相機快門反應時間為0.8秒，則不需一秒鐘的時間即可開始拍攝下一張圖像。採用連拍模式，按住快門鈕一般最多連續抓拍幾張到十幾張圖像。如果使用高速攝像機，那麼示波器的波形捕獲率非常類似攝像機的一個指標，每秒鐘幀數FPS （Frames Per Second），這裡的幀就是畫面， 譬如電影放映的標準是每秒放映24幀， 每秒鐘幀數 （FPS） 愈多，所顯示的動作就會愈流暢。

　　圖3顯示了一個波形捕獲周期的示意圖。捕獲周期由有效捕獲時間和死區時間周期組成。在有效捕獲時間內，示波器按照用戶設定波形樣本數進行捕獲，並將其寫入採集存儲器中。捕獲的死區時間包含固定時間和可變時間兩部分。固定時間具體取決於各個儀器的架構本身。可變時間則取決於處理所需的時間，它與設定的捕獲樣本數（記錄長度）、水平刻度、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。死區時間和捕獲周期之比死區時間比也是示波器的一個重要特性，捕獲周期的倒數就是波形捕獲率。