硬件电路设计具体详解.pdf

2 系统方案设计 2.1 数字示波器的工作原理 模拟信号输入 捕获存储 信号调理 A/D 采样 微处理器 波形显示 区 图 2.1 数字示波器显示原理 数字示波器的工作原理可以用图 2.1 来描述，当输入被测信号从无源探头进 入到数字示波器，首先通过的是示波器的信号调理模块，由于后续的 A/D 模数 转换器对其测量电压有一个规定的量程范围， 所以，示波器的信号调理模块就是 负责对输入信号的预先处理， 通过放大器放大或者通过衰减网络衰减到一定合适 的幅度，然后才进入 A/D 转换器。在这一阶段，微控制器可设置放大和衰减的 倍数来让用户选择调整信号的幅度和位置范围。 在 A/D 采样模块阶段，信号实时在离散点采样，采样位置的信号电压转换 为数字值，而这些数字值成为采样点。该处理过程称为信号数字化。 A/D 采样的 采样时钟决定了 ADC 采样的频度。该速率被称为采样速率，表示为样值每秒 （S/s）。A/D 模数转换器最终将输入信号转换为二进制数据， 传送给捕获存储区。 因为处理器的速度跟不上高速 A/D 模数转换器的转换速度，所以在两者之 间需要添加一个高速缓存， 明显，这里捕获存储区就是充当高速缓存的角色。 来 自 ADC 的采样点存储在捕获存储区，叫做波形点。几个采样点可以组成一个波 形点，波形点共同组成一条波形记录， 创建一条波形记录的波形点的数量称为记 录长度。捕获存储区内部还应包括一个触发系统， 触发系统决定记录的起始和终 止点。 被测的模拟信号在显示之前要通过微处理器的处理， 微处理器处理信号， 包 括获取信号的电压峰峰值、有效值、周期、频率、上升时间、相位、延迟、占空 比、均方值等信息，然后调整显示运行。最后，信号通过显示器的显存显示在屏 幕上。 2.2 数字示波器的重要技术指标 （1）频带宽度 当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时， 屏幕上显示的信号幅度下降 3dB 所对应的输入信号上、下限频率之差，称为示波器的频带宽度，单位为 MHz 或 GHz 。 （2 ）采样速率： 采样速率是指单位时间内在不连续的时间点上获取模拟输入量并进行量化 的次数，也称数字化速率，单位用 Sa/s （Sampling/s ）表示。 用每秒钟完成的 AD 转换的最高次数来衡量。 常以频率来表示， 取样速率越 高，反应仪器捕捉高频或快速信号的能力愈强。 取样速率主要由 AD 转换速率来 决定。数字存储示波器的测量时刻的实时取样速率可根据被测信号所设定的扫描 时间因数 (即扫描一格所用的时间 )来推算。其推算公式为 N f t / d i v （1） 式中， N 为每格的取样点数， t 为扫描时间因数。 在进行信号数字化的时候为保持足够的信号细节， 就要求采样时钟的频率至 少应为信号本身所包含的最高频率的两倍。 这个要求通常成为香农采样定