數(shù)字存儲(chǔ)示波器基礎(chǔ)一
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構(gòu)成一個(gè)波形的組全部的采樣叫作一個(gè)記錄，用一個(gè)記錄可以重建一個(gè)或多個(gè)屏莫的波形，一個(gè)示波器可以貯存的采樣點(diǎn)數(shù)稱(chēng)為記錄長(zhǎng)度或采集長(zhǎng)度，記錄長(zhǎng)度用字節(jié)或千字節(jié)來(lái)表示，1千字節(jié)（1KB）等于1024個(gè)采樣點(diǎn)。
通常，示波器沿著水平軸顯示512采樣點(diǎn)，為了便于使用，這些采樣點(diǎn)以每格50個(gè)采樣點(diǎn)的水平分辨率來(lái)進(jìn)行顯示，這就是說(shuō)水平軸的長(zhǎng)為512/50=10.24格。
據(jù)此，兩個(gè)采樣之間的時(shí)間間隔可按下式計(jì)算：
采樣間隔=時(shí)基設(shè)置（s/格）/采樣點(diǎn)數(shù)
若時(shí)基設(shè)置為1ms/格，且生格有50個(gè)采樣，則可以計(jì)算出采樣間隔為：采樣間隔=1ms/50=20us
采樣速率是采樣間隔的倒數(shù)：采樣速率=1/采樣間隔
通常示波器可以顯示的采樣點(diǎn)數(shù)是固定的，時(shí)基設(shè)置的改變是通過(guò)改變采樣速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此一臺(tái)特定的示波器所給出的采樣速率只有在某一特定的時(shí)時(shí)設(shè)置之下才是有效的。在較低的時(shí)基設(shè)置之下，示波器使用的采樣速率也比較低。
設(shè)有一臺(tái)示波器，其最大采樣速率為100MS/s那么示波器實(shí)際使用這一采樣的速率的時(shí)基設(shè)置值應(yīng)為
時(shí)基設(shè)置值=50樣點(diǎn)×采樣間隔
=50/采樣速率
=50/（100×106)
=500ns/格
了解這一時(shí)基設(shè)置值是非常重要的，因?yàn)檫@個(gè)值是示波器采集非重復(fù)性信號(hào)時(shí)的最快的時(shí)基設(shè)置，使用這個(gè)時(shí)基設(shè)置時(shí)示波器能給出其可能的最好的時(shí)間分辨率。
此時(shí)基設(shè)置值稱(chēng)為“最大單次掃描時(shí)基設(shè)置值”，在這個(gè)設(shè)置值之下示波器使用“最大實(shí)進(jìn)采樣速率”進(jìn)行工作。這個(gè)采樣速率也就是在示波器的技術(shù)指標(biāo)中所給出的采樣速率。
實(shí)用上升時(shí)間 在很多示波器應(yīng)用場(chǎng)合，都要進(jìn)行信叼開(kāi)關(guān)我的測(cè)量，即測(cè)量上升時(shí)間和下降時(shí)間。
從第一章我們已經(jīng)知道，示波器的上升時(shí)間決定了該示波器能夠精密進(jìn)行測(cè)量的最快瞬變我對(duì)于模擬示波器來(lái)說(shuō)，上升時(shí)間特性。對(duì)于模擬示波器來(lái)說(shuō)，上升時(shí)間特性完全取決于示波器的模擬電路。
如果DSO，則示波器可以采集到的最快的瞬變特性不僅取決于其模擬電路，也取決于其時(shí)間分辨率。為了正確的進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量，必須在我們關(guān)心的信號(hào)邊緣上采集到足夠的細(xì)節(jié)信息，這就是說(shuō)，在瞬變期間必須采集很多采樣點(diǎn)。這個(gè)上升時(shí)間稱(chēng)為DSO的有用上升時(shí)間。并且其時(shí)間值是時(shí)基設(shè)置值的函數(shù)。
我們將在本書(shū)的練習(xí)部分（第六章）更詳細(xì)的討論上升時(shí)間測(cè)量的問(wèn)題。
最大捕捉頻率及香農(nóng)(Shannon)采樣準(zhǔn)則 當(dāng)人們最初探索將信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的時(shí)候研究工作就已揭示，為了很好的恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)，在進(jìn)行信號(hào)數(shù)字化的時(shí)候就要求采樣時(shí)鐘的頻率至少應(yīng)為信號(hào)本身所包含的最高頻率的兩倍，這個(gè)要求通常稱(chēng)為香農(nóng)采樣定理。
然而，這項(xiàng)研究工作是針對(duì)通信應(yīng)用領(lǐng)域而并非針對(duì)示波器為進(jìn)行的，現(xiàn)在來(lái)看圖22。從圖中看出。當(dāng)使用兩倍于信號(hào)頻率的采樣時(shí)鐘時(shí)。信號(hào)頻率確實(shí)可以恢復(fù)。使用恰當(dāng)?shù)牟ㄐ沃亟ㄑb置我們就可可得到和原始的波形十分相象的波形。但是問(wèn)題睦的是這樣簡(jiǎn)單嗎？
現(xiàn)在我們?cè)O(shè)想在進(jìn)行波形的數(shù)字化時(shí)仍然使用相同的采樣時(shí)鐘，但是將采樣點(diǎn)選在和原來(lái)略為不同的時(shí)刻，不定在信號(hào)的峰值點(diǎn)，這樣一來(lái)，信號(hào)的幅度信息就會(huì)嚴(yán)重失誤，甚至可能完全丟失，事實(shí)上。如果采樣點(diǎn)準(zhǔn)確地取在信號(hào)地過(guò)零零碎碎點(diǎn)（見(jiàn)圖22下圖）那么由于所有的采樣取到的采值均為零零碎碎，我們將完全觀測(cè)不到信號(hào)。
分別示出采樣點(diǎn)位于信號(hào)峰值點(diǎn)和采樣點(diǎn)接近信號(hào)過(guò)零零碎碎點(diǎn)兩種情況
如果采樣時(shí)鐘頻率比信號(hào)頻率代，那么我們將會(huì)得到不可預(yù)料的結(jié)果。
讓我來(lái)看一下圖25所示的情況。如圖所示，我們從信號(hào)波形的不同周期連續(xù)獲到采樣點(diǎn)，然而。每一個(gè)新的采樣點(diǎn)的采集都發(fā)生在相對(duì)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔略為長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)刻。如果我們現(xiàn)在來(lái)顯示這些采樣點(diǎn)并用它來(lái)重建信號(hào)波形，則顯示出的仍然是一個(gè)正弦波。但是這個(gè)正弦波的頻率和原來(lái)輸入信號(hào)的頻率完全不同。這種現(xiàn)象稱(chēng)為假象信號(hào)或者不正確頻率的幻影信號(hào)。然而，它卻可能表示出正確的波形形狀，而且往往還具有正確的波度幅度。
在有些情況下，信號(hào)的頻率變化得非?？?，以致于在某一時(shí)刻選定的時(shí)基設(shè)置是正確的，而在另一時(shí)刻（或者對(duì)于信號(hào)的另一部分而言）示波器又顯示出假象信事情，這時(shí)可以用峰值檢測(cè)功能（見(jiàn)2.2節(jié)）來(lái)發(fā)現(xiàn)任何時(shí)刻信號(hào)的真正幅值。
為了獲得這種復(fù)雜信號(hào)的起初波形，建議使用組合示波器的模擬方式來(lái)觀察信號(hào)，歸要結(jié)底，模擬方式是不可能發(fā)生假象現(xiàn)象的。
評(píng)論