數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等*優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而影響測(cè)試任務(wù)。
區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬
帶寬是示波器zui重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的zui高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與zui高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=zui高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。廠(chǎng)家聲稱(chēng)示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說(shuō)TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而zui高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差。
采樣速率也稱(chēng)為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象
如果示波器的輸人信號(hào)為一個(gè)100KHz的正弦信號(hào)，示波器顯示的信號(hào)頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍?，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號(hào)的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對(duì)于一個(gè)未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過(guò)慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩(wěn)定下來(lái)，也說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號(hào)高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號(hào)，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生：
·調(diào)整掃速；
·采用自動(dòng)設(shè)置（Autoset）；
·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測(cè)方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測(cè)方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找zui大zui小值，這兩種方法都能檢測(cè)到較快的信號(hào)變化。
·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類(lèi)似于用模擬示波器顯示的波形。
2.采樣速率與t/div的關(guān)系
每臺(tái)數(shù)字示波器的zui大采樣速率是一個(gè)定值。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div，采樣速率fs由下式給出：
fs=N/（t/div） N為每格采樣點(diǎn)
當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：
表1掃速與采樣速率
t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25
綜上所述，使用數(shù)字示波器時(shí)，為了避免混迭，掃速檔置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則置于主掃速較慢的位置。
數(shù)字示波器的上升時(shí)間
在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測(cè)量方法的原因，以致于自動(dòng)測(cè)量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時(shí)間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測(cè)量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù)：
表2掃速與上升時(shí)間
t/div（ms）502010521tr（μs）800320160803216
由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數(shù)字示波器測(cè)量出來(lái)的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無(wú)關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測(cè)出的時(shí)間來(lái)反推出信號(hào)的上升時(shí)間。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器憑借數(shù)字技術(shù)和軟件大大擴(kuò)展了工作能力，早期產(chǎn)品的取樣率低、存在較大死區(qū)時(shí)間、屏幕刷新率低等不足得到較大改善，以前難以觀(guān)察的調(diào)制信號(hào)、通訊眼圖、視頻信號(hào)等復(fù)合信號(hào)越來(lái)越容易觀(guān)察。數(shù)字示波器可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和分析，特別適合于捕獲復(fù)雜動(dòng)態(tài)信號(hào)中產(chǎn)生的全部細(xì)節(jié)和異常現(xiàn)象，因而在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了讓示波器工作在合格的狀態(tài)，對(duì)示波器定期、快速、全面的檢定，保證其量值溯源，是擺在測(cè)試工程師面前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。
手工檢定效率低，容易出錯(cuò)，對(duì)每一種示波器的檢定需要測(cè)試工程師翻閱大量的資料；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有準(zhǔn)確快速地測(cè)量參數(shù)、直觀(guān)地顯示測(cè)試結(jié)果、自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)等特性，是傳統(tǒng)的手工測(cè)試無(wú)法達(dá)到的。用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)示波器的程控檢定將會(huì)是儀器檢定的趨勢(shì)。
GPIB、VXI、PXI是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)，GPIB以性能穩(wěn)定、操作方便、價(jià)格低廉贏(yíng)得用戶(hù)的認(rèn)可。這里選用了GPIB作為測(cè)試系統(tǒng)的總線(xiàn)。
基于GPIB的數(shù)字示波器自動(dòng)檢定系統(tǒng)的硬件由GPIB控制器、FLUKE5500A、被檢定數(shù)字示波器和PC機(jī)以及打印機(jī)等外圍設(shè)備組成。
1.1.1 GPIB總線(xiàn)
GPIB是惠普公司于20世紀(jì)60年代末、70年代初開(kāi)發(fā)的實(shí)用儀器接口系統(tǒng)。由于對(duì)測(cè)試儀器的控制很方便，并且具有較高的傳輸速度（1Mbps）,GPIB于1975年被定為IEEE488標(biāo)準(zhǔn)，1987年修定為IEEE488.1—1987。GPIB總線(xiàn)是數(shù)字化的24腳并行總線(xiàn)，有8根線(xiàn)是地線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)，另外16根線(xiàn)是TTL電平信號(hào)傳輸線(xiàn)，包括8根數(shù)據(jù)線(xiàn)、5根接口管理線(xiàn)和3根數(shù)據(jù)傳輸控制線(xiàn)。GPIB使用8位并行、字節(jié)串行、異步通訊方式，所有字節(jié)通過(guò)總線(xiàn)順序傳送。
GPIB系統(tǒng)設(shè)備有控者、講者和聽(tīng)者三種屬性。實(shí)際設(shè)備具有其中的一種、兩種或三種。作為控者，它可以通過(guò)尋址連接到總線(xiàn)上具有講者屬性的器件成為講者和具有聽(tīng)者屬性的器件作為聽(tīng)者，包括它自己。講者能通過(guò)總線(xiàn)向其他器件發(fā)送數(shù)據(jù)。聽(tīng)者能從總線(xiàn)上接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)在GPIB系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)是控者，具有講、聽(tīng)、控三種屬性。為避免總線(xiàn)沖突，IEEE488規(guī)定一次只能有一個(gè)講者，但可以同時(shí)有幾個(gè)聽(tīng)者。由于GPIB系統(tǒng)中各器件的工作速度可能相差懸殊，為了保證多線(xiàn)消息能夠雙向、異步、可靠地傳輸，GPIB母線(xiàn)中設(shè)置了三條握手線(xiàn)，分別為數(shù)據(jù)有效線(xiàn)、未準(zhǔn)備好接收線(xiàn)和未收到數(shù)據(jù)線(xiàn)。
1.1.2 BC-1402-2接口控制器
在本系統(tǒng)中采用的GPIB控制器是貝卡科技公司開(kāi)發(fā)的BC-1401-2型USB-GPIB接口控制器，它帶有USB接口，把USB總線(xiàn)轉(zhuǎn)換成GPIB總線(xiàn)，操作GPIB儀器。其特點(diǎn)是：*符合IEEE488.1和IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)，支持PCI、USB、Ethernet工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)傳輸率為900kbps,適合PC機(jī)與儀器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸；提供了一套I/O GPIB操作函數(shù)庫(kù)，其函數(shù)與ISA總線(xiàn)的ES1400系列接口控制器相同；提供了一套符合VPP規(guī)范的虛擬儀器軟件架構(gòu)VISA（Virtual Instrument Software Architecture）函數(shù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了凡是采用VISA函數(shù)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，在更換不同廠(chǎng)家的不同型號(hào)的GPIB接口控制器時(shí)，應(yīng)用程序不需要作任何修改；該接口控制器可以用C/C++、VC++、VB、LabView、LabWindows/CVI、HP-VEE、Delphi等多種語(yǔ)言編制測(cè)試程序，方便而靈活。
FLUKE5500A是美國(guó)福祿克公司的一款高性能的多功能校準(zhǔn)儀，可以對(duì)手持式和臺(tái)式多用表、示波器、示波表、功率計(jì)、電子溫度表、數(shù)據(jù)采集器、功率諧波分析儀、過(guò)程校準(zhǔn)器等多種儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。FLUKE5500A提供了GPIB（IEEE-488）、RS-232、572三種標(biāo)準(zhǔn)接口；在安全性方面滿(mǎn)足IEC 1010-1（1992-1）、ANSI/ISA-S82.01-1994、CAN/CSA-C22.2010.1-92標(biāo)準(zhǔn)；FLUKE5500A輸出電壓可以達(dá)到1100V，電流輸出可達(dá)11A，可以提供直流電壓和電流、交流電壓和電流的多種波形和諧波，同時(shí)輸出兩路電壓，或者是一路電壓和一路電流，模擬功率、電阻、電容熱電偶和RTD。其示波器校準(zhǔn)件還提供了穩(wěn)幅正弦波、快沿、時(shí)間標(biāo)記和幅度信號(hào)。
PC作為系統(tǒng)的“主控者”，通過(guò)發(fā)布命令給GPIB接口控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)FLUKE5500A和被檢定示波器的控制，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：儀器的初始化、復(fù)位、儀器參數(shù)設(shè)置；命令FLUKE5500A產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)被檢示波器顯示；讀取/保存儀器數(shù)據(jù)并傳給PC等。
軟件是本數(shù)字示波器自動(dòng)檢定系統(tǒng)的核心，軟硬件能否穩(wěn)定、協(xié)調(diào)地工作是系統(tǒng)能夠?qū)?shù)字示波器快速、可靠檢定的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定的Windows2003 Server操作系統(tǒng)、SQL Sever2005（開(kāi)發(fā)版）數(shù)據(jù)庫(kù)以及Visual. NET2005作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以C/C++作為編程語(yǔ)言，同時(shí)在驅(qū)動(dòng)程序方面選用NI公司的Lab Windows/CVI7.0做部分程序的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。同時(shí)采用MAX（Measurement&Automation）作為IVI驅(qū)動(dòng)配置程序。
VISA是VXI plug&play聯(lián)盟制定的I/O接口軟件標(biāo)準(zhǔn)。制定VISA的目的是確保不同廠(chǎng)商、不同接口標(biāo)準(zhǔn)的儀器能相互兼容、可以通訊和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其顯著特點(diǎn)是：VISA是采用了*面向?qū)ο缶幊?/a>思想來(lái)實(shí)現(xiàn)的；它是當(dāng)前所有儀器接口類(lèi)型功能函數(shù)的超集成，而且十分簡(jiǎn)潔，只有90多個(gè)函數(shù)；VISA作為標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，與儀器的I/O接口類(lèi)型無(wú)關(guān)，方便程序移植。對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序而言，VISA庫(kù)函數(shù)是一套可以方便調(diào)用的函數(shù)，可以控制各種設(shè)備如GPIB、VXI、PXI等。
IVI（Interchangeable Virtual Instrument）是IVI基金會(huì)為了進(jìn)一步提高儀器驅(qū)動(dòng)程序的可執(zhí)行性能，達(dá)到真正意義上的儀器互換，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序*獨(dú)立于硬件而推出的儀器驅(qū)動(dòng)程序編程接口。IVI系統(tǒng)由IVI類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序、具體驅(qū)動(dòng)程序、IVI引擎、IVI配置實(shí)用程序、IVI配置信息文件五部分組成。類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了上層統(tǒng)一功能的封裝，面對(duì)的是操作者，而具體驅(qū)動(dòng)程序完成與具體儀器的通信。測(cè)試程序是調(diào)用類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序，用類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用具體驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序和硬件的無(wú)關(guān)性。IVI引擎完成狀態(tài)緩存、儀器屬性跟蹤、分類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序到具體驅(qū)動(dòng)程序的映射功能。IVI配置實(shí)用程序是采用軟件MAX創(chuàng)建和配置IVI邏輯名，在測(cè)試程序中通過(guò)傳送邏輯名給一個(gè)分類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序初始化函數(shù)，將操作映射到具體儀器及儀器驅(qū)動(dòng)程序。IVI配置信息文件記錄了所有邏輯名和從類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序到具體儀器驅(qū)動(dòng)程序的映射信息。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.3.1 測(cè)試軟件模塊
測(cè)試軟件分為測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊、測(cè)試參數(shù)管理模塊、測(cè)試程序模塊三部分。測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊是管理對(duì)儀器的檢定日期、檢定人員、對(duì)具體儀器的已檢定項(xiàng)目、檢定的數(shù)據(jù)等。測(cè)試參數(shù)管理是在數(shù)據(jù)庫(kù)中管理具體儀器的各檢定項(xiàng)、檢定項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)值等。測(cè)試程序模塊是根據(jù)用戶(hù)在軟面板上選定的測(cè)試參數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試，把測(cè)試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)相比較，判斷是否合格。
2.3.2 測(cè)試軟件結(jié)構(gòu)化流程
在開(kāi)機(jī)系統(tǒng)自檢后，檢定操作員在軟件界面上選擇/輸入需要檢定的儀器型號(hào)，程序由儀器型號(hào)在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出相應(yīng)的檢定項(xiàng)目、被檢項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)值、被檢儀器與FLUKE5500A和GPIB控制器的連接圖。檢定員按連接圖（FLASH動(dòng)畫(huà)）連接儀器，在確認(rèn)連接正確后，檢查是否有IVI驅(qū)動(dòng)程序，在安裝驅(qū)動(dòng)程序后運(yùn)行MAX配置工具，完成配置后即可運(yùn)行相應(yīng)的測(cè)試程序，把測(cè)試結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，并打印相應(yīng)的合格/不合格報(bào)告。其流程圖見(jiàn)圖3。
對(duì)于IVI儀器，廠(chǎng)家會(huì)提供IVI驅(qū)動(dòng)程序只需要編寫(xiě)少量代碼即可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的檢定，主程序簡(jiǎn)單，便于管理。IVI基金會(huì)的目標(biāo)是支持95%的儀器?；贗VI技術(shù)的數(shù)字儀器的檢定將會(huì)是儀器檢定的必然之路。
但是并不是所有的儀器都支持IVI。對(duì)于非IVI儀器，使用LabWindows/CVI中的IVI驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)向?qū)О褍x器程控命令樹(shù)中所有底層命令封裝成一系列帶有圖像面板的高層函數(shù)，完成IVI驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，使它成為IVI儀器。其特點(diǎn)是前期開(kāi)發(fā)IVI驅(qū)動(dòng)程序工作量大，但是后期測(cè)試程序開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作量少。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要包括用戶(hù)管理、被檢儀器型號(hào)管理、檢定項(xiàng)目管理、檢定報(bào)告管理、檢定項(xiàng)目指標(biāo)管理以及數(shù)據(jù)查詢(xún)6個(gè)模塊。
應(yīng)用本方法組建的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)IVI儀器Hp54815等進(jìn)行了檢定，對(duì)非IVI儀器XJ4321等開(kāi)發(fā)了IVI驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)其垂直靈敏度、瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、掃描時(shí)間因素誤差、掃描時(shí)間因素線(xiàn)性誤差5項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行檢定，保存檢定結(jié)果并打印檢定證書(shū)。實(shí)踐證明：檢定過(guò)程變得快速和簡(jiǎn)單；自動(dòng)檢定和人工檢定的結(jié)果是一致的。
本文介紹的數(shù)字示波器檢定系統(tǒng)以GPIB為總線(xiàn)，綜合運(yùn)用了IVI技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器的自動(dòng)檢定，具有操作方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，為組建功率計(jì)、頻譜分析儀、任意波形/函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字多用表的綜合數(shù)字儀器自動(dòng)檢定系統(tǒng)提供了參考。
數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等*優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而影響測(cè)試任務(wù)。
區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬
帶寬是示波器zui重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的zui高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與zui高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=zui高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。廠(chǎng)家聲稱(chēng)示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說(shuō)TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而zui高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差。
有關(guān)采樣速率
采樣速率也稱(chēng)為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象
如果示波器的輸人信號(hào)為一個(gè)100KHz的正弦信號(hào)，示波器顯示的信號(hào)頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍a(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號(hào)的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定。混迭的產(chǎn)生如圖1所示。那么，對(duì)于一個(gè)未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過(guò)慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩(wěn)定下來(lái)，也說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號(hào)高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號(hào)，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生：
·調(diào)整掃速；
·采用自動(dòng)設(shè)置（Autoset）；
·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測(cè)方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測(cè)方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找zui大zui小值，這兩種方法都能檢測(cè)到較快的信號(hào)變化。
·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類(lèi)似于用模擬示波器顯示的波形。
2.采樣速率與t/div的關(guān)系
每臺(tái)數(shù)字示波器的zui大采樣速率是一個(gè)定值。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div，采樣速率fs由下式給出：
fs=N/（t/div） N為每格采樣點(diǎn)
當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：
表1掃速與采樣速率
t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25
綜上所述，使用數(shù)字示波器時(shí)，為了避免混迭，掃速檔置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則置于主掃速較慢的位置。
數(shù)字示波器的上升時(shí)間
在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測(cè)量方法的原因，以致于自動(dòng)測(cè)量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時(shí)間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測(cè)量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù)：
表2掃速與上升時(shí)間 t/div（ms）502010521tr（μs）800320160803216
由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數(shù)字示波器測(cè)量出來(lái)的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無(wú)關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測(cè)出的時(shí)間來(lái)反推出信號(hào)的上升時(shí)間。
1.體積小、重量輕，便于攜帶，液晶顯示器
2.可以長(zhǎng)期貯存波形，并可以對(duì)存儲(chǔ)的波形進(jìn)行放大等多種操作和分析
3.特別適合測(cè)量單次和低頻信號(hào)，測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)沒(méi)有模擬示波器的閃爍現(xiàn)象
4.更多的觸發(fā)方式，除了模擬示波器不具備的預(yù)觸發(fā)，還有邏輯觸發(fā)、脈沖寬度觸發(fā)等
5.可以通過(guò)GPIB、RS232、USB接口同計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀連接，可以打印、存檔、分析文件
6.有強(qiáng)大的波形處理能力，能自動(dòng)測(cè)量頻率、上升時(shí)間、脈沖寬度等很多參數(shù)
1.失真比較大，由于數(shù)字示波器是通過(guò)對(duì)波形采樣來(lái)顯示，采樣點(diǎn)數(shù)越少失真越大，通常在水平方向有512個(gè)采樣點(diǎn)，受到zui大采樣速率的限制，在zui快掃描速度及其附近采樣點(diǎn)更少，因此高速時(shí)失真更大。
2.測(cè)量復(fù)雜信號(hào)能力差，由于數(shù)字示波器的采樣點(diǎn)數(shù)有限以及沒(méi)有亮度的變化，使得很多波形細(xì)節(jié)信息無(wú)法顯示出來(lái)，雖然有些可能具有兩個(gè)或多個(gè)亮度層次，但這只是相對(duì)意義上的區(qū)別，再加上示波器有限的顯示分辨率，使它仍然不能重現(xiàn)模擬顯示的效果。
3.可能出現(xiàn)假象和混淆波形，當(dāng)采樣時(shí)鐘頻率低于信號(hào)頻率時(shí)，顯示出的波形可能不是實(shí)際的頻率和幅值。數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時(shí)需借助內(nèi)插計(jì)算，容易出現(xiàn)混淆波形。
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