示波器主要技术标及选择.docVIP

一、数字示波器的主要性能指标 在选择数字示波器时，我们主要考虑其是否能够真实地显示被测信号，即显示信号与被测信号的一致性。 数字示波器的性能很大程度上影响到其实现信号完整性的能力，下面根据其主要性能指标进行详细分析。示波器最主要的技术指标是带宽、采样率和存储深度 1、带宽 如图1所示，数字示波器带宽指输入不同频率的等幅正弦波信号，当输出波形的幅度随频率变化下降到实际幅度的70.7％时的频率值（即f-3dB）。带宽决定了数字示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，数字示波器对信号的准确显示能力下降。实际测试中我们会发现，当被测信号的频率与数字示波器带宽相近时，数字示波器将无法分辨信号的高频变化，显示信号出现失真。例如： 频率为100MHz、电压幅度为1V的信号用带宽为100MHz的数字示波器测试，其显示的电压只有0.7V左右。图2为同一阶跃信号用带宽分别为4GHz、1.5GHz和300MHz的数字示波器测量所得的结果。从图中可以看出，数字示波器的带宽越高，信号的上升沿越陡，显示的高频分量成分越多，再现的信号越准确。实际应用中考虑到价格因素（数字示波器带宽越高价格越贵），经过实践经验的积累，我们发现只要数字示波器带宽为被测信号最高频率的3-5倍，即可获得±3%到±2%的精度，满足一般的测试需求。示波器所能准确测量的频率范围，大家都遵循测量的五倍法则：示波器所需带宽=被测信号的最高信号频率*5，使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过＋/－2%，对大多的操作来说已经足够。 2、采样率，指数字示波器对信号采样的频率，表示为样点数每秒（S/s）。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就越高，重要信息和事件丢失的概率就越小，信号重建时也就越真实。根据奈奎斯特定理，采样速率要大于等于2倍的被测信号频率，才能不失真地还原原始信号。但这个定理的前提是基于无限长的时间和连续的信号，在实际测试中，数字示波器的技术无法满足此条件。根据实践经验的积累，数字示波器为了准确地再现原始信号，采样速率一般为原始信号最高频率的2.5-10倍。 采样率又分为实时采样率跟等效采样率，实时采样率就是指单次采样所能达到的最大采样率. 等效采样率是指用多次采样得到的信号共同完成信号的重建,因此1G实时采样率的示波器可以达到很高的等效采样率. 但是他只能适用于周期信号. 单次信号只能用实时采样方式来捕获.我们平常所说的采样率是指实时采样率，这是因为实时采样率可以用来实时地捕获非周期异常信号，而等效采样率则只能用于采集周期性的稳定信号。单位GSA/S 为每秒千兆采样，1G=1000M， Sa为sample的缩写。 3、存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果需要不间断的捕捉一个脉冲串，则要求示波器有足够的内存以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度，可以计算出所要求的存储深度，也称记录长度。并不是有些国内二流厂商对外宣称的“存储深度是指波形录制时所能录制的波形最长记录“，这样的偷换概念，完全向相反方向引导人们的理解，难怪乎其技术指标高达”1042K“的记录长度。这就是为什么他们不说存储深度是在高速采样下，一次实时采集波形所能存储的波形点数。 把经过A/D数字化后的八位二进制波形信息存储到示波器的高速CMOS内存中，就是示波器的存储，这个过程是“写过程”。内存的容量（存储深度）是很重要的。对于DSO，其最大存储深度是一定的，但是在实际测试中所使用的存储长度却是可变的。 在存储深度一定的情况下，存储速度越快，存储时间就越短，他们之间是一个反比关系。同时采样率跟时基（timebase）是一个联动的关系，也就是调节时基檔位越小采样率越高。存储速度等效于采样率，存储时间等效于采样时间，采样时间由示波器的显示窗口所代表的时间决定，所以；存储深度＝采样率 × 采样时间（距离 = 速度×时间）由于DSO的水平刻度分为12格，每格的所代表的时间长度即为时基 （timebase）,单位是s/div,所以采样时间＝ timebase × 12. 由存储关系式知道：提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率，当要测量较长时间的波形时，由于存储深度是固定的，所以只能降低采样率来达到，但这样势必造成波形质量的下降；如果增大存储深度，则可以以更高的采样率来测量，以获取不失真的波形。 下图曲线揭示了采样率、存储深度、采样时间三者的关系及存储深度对示波器实际采样率的影响。比如，当时基选择10us/div文件位时，整个示波器窗口的采样时间是10us/div * 12格=120us，在1Mpts的存储深度下，当前的实际采样率为：1M÷120us︽8.3GS/s，如果存储深度只有250K，那当前的实际采样率就只要2.0GS/s了！存储深度决定了