2.2 DSO的功能和控制機(jī)構(gòu)

DSO有許多新的特性這就使得DSO有許多模擬示波器沒(méi)有的控制機(jī)構(gòu)下面我們將介紹若干最常見(jiàn)的控制機(jī)構(gòu)。

預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)

在第一章中我們談到每次時(shí)基掃描都是由一個(gè)觸發(fā)事件啟動(dòng)的。這樣一來(lái)我們就只通用性研究觀察觸發(fā)時(shí)刻以后的信號(hào)變化情況。

在很多應(yīng)用場(chǎng)合我們感興趣的波形部分并不緊跟在引起穩(wěn)定觸發(fā)的信號(hào)部位的后面而是在觸發(fā)以后一段時(shí)間或者甚至可能在觸發(fā)這前。

例如當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體器件被打開(kāi)時(shí)其輸出信事情的幅度可能很大我們可以用它來(lái)觸發(fā)示波器但是如果我們要研究該半導(dǎo)體器件開(kāi)始導(dǎo)通的很小的輸入信號(hào)時(shí)我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)。這個(gè)信號(hào)太小因而不能準(zhǔn)確的觸發(fā)示波器。這就要求示波器具有所謂的預(yù)觸發(fā)觀察能力：即由一個(gè)信號(hào)（這里指那個(gè)大的輸出信號(hào)）來(lái)觸發(fā)示波器而示波器顯示觸動(dòng)發(fā)時(shí)刻之前的信號(hào)的能力這就使得示波器能用多通道的波形詳細(xì)地顯示出一個(gè)系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)從而看出系統(tǒng)響應(yīng)的因果關(guān)系。

在另一些情況下你可能想要詳細(xì)地研究觸發(fā)事件之后一段時(shí)間發(fā)生的信號(hào)有關(guān)部分。例如在研究一個(gè)方波的抖動(dòng)的大小就可以使用一臺(tái)具有后觸發(fā)延遲或后觸發(fā)觀察能力的示波器。這時(shí)可以使用方波的一個(gè)沿來(lái)觸發(fā)示波器而把時(shí)基設(shè)置成很高的速度以顯示抖動(dòng)其做法是：在示波器探測(cè)到觸發(fā)事件時(shí)啟動(dòng)一個(gè)后觸發(fā)延遲計(jì)數(shù)器。將此計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間設(shè)置成大約等于一個(gè)信號(hào)周期的時(shí)間。當(dāng)此預(yù)先設(shè)計(jì)的定時(shí)時(shí)間結(jié)束以后示波器就開(kāi)始從方波的下一個(gè)上升沿好將開(kāi)始的時(shí)刻開(kāi)始采集。

由于延遲計(jì)數(shù)器是一個(gè)非常穩(wěn)定的石英晶體控制的數(shù)字時(shí)鐘它與被測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)、獨(dú)立工作所以被沒(méi)方波信號(hào)的抖動(dòng)就會(huì)表現(xiàn)為示波器上采集到的上升沿位置的不穩(wěn)定性。也就是說(shuō)在各次采集過(guò)程中方波的上升沿將會(huì)在相對(duì)于觸發(fā)事件卡拉奇不同時(shí)刻（即屏幕上的不同位置）出現(xiàn)。

觸發(fā)位置

具有預(yù)觸發(fā)或后觸發(fā)延遲能力的示波器必須具有某種方法來(lái)控制延遲時(shí)間的大小這可以用觸發(fā)位置控制機(jī)構(gòu)來(lái)完成。這個(gè)控制機(jī)構(gòu)可以舍不得觸發(fā)位置在屏幕上或者在采集記錄中移動(dòng)。

在有些示波器中觸發(fā)位置只能設(shè)置為幾個(gè)預(yù)先規(guī)定的數(shù)值例如在采集的信號(hào)記錄的開(kāi)關(guān)、中間和結(jié)尾。但如示波器具有很寬的觸發(fā)位置控制范圍使用起來(lái)將會(huì)是很方便的。因此PM3394A示波器就允許用戶將觸發(fā)時(shí)刻設(shè)置在整個(gè)采集記錄中的任何位置并且觸發(fā)位置還是連續(xù)可變的。

毛刺捕捉

圖29所示的是一個(gè)帶有快速的毛刺或尖峰的失真正弦波。產(chǎn)生這種波形的原因可能是由于其它電路的干擾也可能是由于連線離被測(cè)系統(tǒng)過(guò)近的緣故。這些毛刺常常會(huì)引起系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。那么我們能用示波器來(lái)發(fā)現(xiàn)這些毛刺嗎？

如果我們使用模擬示波器來(lái)觀察只有當(dāng)毛刺信號(hào)是重復(fù)性的并且和主信號(hào)（即這個(gè)例子中的正弦波）同步時(shí)我們才能看到毛刺信號(hào)。或者如果我們的運(yùn)氣好出現(xiàn)了很多的毛刺的朦朧形象。

由于毛刺源于其它的電路系統(tǒng)所以這些毛刺通常只是偶爾發(fā)生并且和主信號(hào)不同步。 那么如果DSO我們能發(fā)能這些毛刺嗎？未必首先我們必須確保示波器已準(zhǔn)備好去捕捉這些快速毛刺。

圖29 疊加了毛刺的正弦波

我們知道DSO在特定時(shí)刻對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣如本章開(kāi)頭所述采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔取決于時(shí)基設(shè)置。如果毛刺的寬度比示波器的時(shí)間分辨率還要小，那么能否捕捉到毛刺就看運(yùn)氣如何了。為了能夠捕捉到毛我們的辦法就是峰值檢測(cè)或毛刺捕捉。

彩峰值檢測(cè)的方法時(shí)示波器將對(duì)信號(hào)波形的幅度連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)并由正負(fù)峰值檢測(cè)器將信號(hào)的峰值幅度暫地存貯起來(lái)。當(dāng)示波器要顯示采樣點(diǎn)的時(shí)候示波器就將正或負(fù)峰值檢測(cè)器保存的峰值進(jìn)行數(shù)字化并將該峰值檢測(cè)器清零。這樣在示波器上就用檢測(cè)到的信號(hào)的正負(fù)峰值代替了原來(lái)的采樣點(diǎn)數(shù)值。因此峰值檢測(cè)的方法能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)由于使用的采樣速率過(guò)低而丟失的信號(hào)或者由于假象而引起失真的信號(hào)。峰值檢測(cè)的方法對(duì)于捕捉調(diào)制信號(hào)例如圖30所示的AM波形也是非常有用的。為了顯示這類(lèi)信號(hào)必須將示波器的時(shí)基設(shè)置得和調(diào)制信號(hào)在頻率相配合而在這種信號(hào)中調(diào)制信號(hào)的頻率通常在音頻范圍但載波頻率通常為455KHz或者更高。在這種情況下不使用行刺捕捉功能就不能正確地采集信號(hào)而使用了毛刺捕捉功能就可以看到類(lèi)似模擬示波器所顯示的波形。

示波器上的峰值檢測(cè)功能是通過(guò)硬件（模擬）峰值檢測(cè)器的方法或者快速采樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的模擬峰值檢測(cè)器是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的硬件電路它以電容上電壓的形式存貯信號(hào)的峰值這種缺點(diǎn)是速度比較慢它通常只能存貯寬度大于幾個(gè)微秒且具有相當(dāng)幅度的毛刺。

圖30 使用和不使用峰值檢測(cè)模式兩種情況下捕捉到AM調(diào)制信號(hào)波形

數(shù)字式峰值檢測(cè)器圍繞ADC而構(gòu)成這時(shí)ADC將以可能的最高采樣速率連續(xù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣然后將峰值存貯在一個(gè)專(zhuān)用的存儲(chǔ)器中當(dāng)要顯示采樣點(diǎn)的值時(shí)貯存的峰值就作為該時(shí)刻的采樣值來(lái)使用。數(shù)字式峰值檢測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是其速度和數(shù)字化過(guò)程的速度一樣快本書(shū)中用作示例的示波器PM3394A就能夠在很低的時(shí)基速率設(shè)置下如1秒/格以正確的幅度采集到窄至5ns的毛刺。

滾動(dòng)模式

至此我們已經(jīng)知道DSO能用和模擬示波器類(lèi)似的方式顯示波形從觸發(fā)事件開(kāi)始標(biāo)波器采集信號(hào)的采樣點(diǎn)并將其存于采集在儲(chǔ)器中的連續(xù)位置中。一旦新的數(shù)據(jù)已將存儲(chǔ)器的最后一個(gè)單元填滿以后采集過(guò)程既告結(jié)束示波器就將采集存儲(chǔ)器中的波形數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲(chǔ)器中去在此時(shí)期示波器不再采集新的數(shù)據(jù)就像模擬示波器在時(shí)基復(fù)位期間不能顯示波形掃跡一樣。

對(duì)于低頻應(yīng)用的場(chǎng)合信號(hào)的變化周期可達(dá)分鐘量級(jí)而遠(yuǎn)不只是微秒的量級(jí)這時(shí)DSO可以應(yīng)用于一種全連續(xù)的顯示方式：滾動(dòng)模式。而這種背后的極樣點(diǎn)顯示于屏幕的右面屏幕上已有的波形則向左滾動(dòng)（見(jiàn)圖31）。老的采樣點(diǎn)一旦移動(dòng)到屏幕的左面即行消失。這樣一來(lái)示波器屏幕上顯示的波形總是反映出最新信號(hào)對(duì)時(shí)間變化的情況。

由于有了這種滾動(dòng)模式我們就可以用示波器來(lái)代替圖表記錄儀來(lái)顯示慢變化的現(xiàn)象諸如化學(xué)過(guò)程、電池的充放電周期或溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響等。 顯示放大 在模擬示波器中可以將進(jìn)基放大10倍以便詳細(xì)觀察信事情的細(xì)節(jié)。在DSO中顯示的波形可以按大小不同的步進(jìn)值放大通常進(jìn)基放大按2的冪次倍數(shù)放大即按x2,x4,x8,x16,等倍數(shù)放大。

圖31 滾動(dòng)模式

一旦波形已經(jīng)采集并存入存儲(chǔ)器例如單次波形采集的情況使用垂直放大功能代替提高垂直靈敏度來(lái)放大波形也是很方便的。

特殊的觸發(fā)方式

DSO的存貯功能使它成為捕捉十分罕見(jiàn)、甚至于只發(fā)生一次的信號(hào)例如單次事件或者系統(tǒng)閉鎖等情況的極為有用的工具。為捕捉這些信號(hào)就要求示波器具有各種各樣的觸發(fā)方式去探測(cè)這些特殊的條件以便啟動(dòng)波形采集。這實(shí)惠這一目的只有邊緣觸發(fā)方式往往是不夠的為此又開(kāi)發(fā)了若干附加的觸動(dòng)發(fā)能力。我們?cè)诖擞懻撈渲械膸追N。

--圖形觸發(fā)

在邏輯硬件電路各信號(hào)是由許多并行的線來(lái)傳送的整個(gè)硬件的瞬時(shí)狀態(tài)則是由在給定時(shí)刻時(shí)這些線上的狀態(tài)來(lái)表示的。為了識(shí)別硬件狀態(tài)就需要有一種儀器來(lái)檢測(cè)這些線的狀態(tài)。使用圖形觸發(fā)功能可以監(jiān)視多條例如4條線的狀態(tài)當(dāng)探測(cè)到用戶規(guī)定的圖形（例如HHLH）或字時(shí)示波器就被觸發(fā)。由于圖形觸婦的設(shè)計(jì)是和數(shù)字邏輯配合使用的因此可以用來(lái)監(jiān)視各條線的狀態(tài)是為高（H）、低（L）、或者任意（X）。

--狀態(tài)觸發(fā)

邏輯硬件通常是圍繞著一個(gè)中央時(shí)鐘系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成的。其中的所有硬件都在時(shí)鐘系統(tǒng)的指令之下來(lái)存貯其輸入信號(hào)因此我們的測(cè)試儀器也應(yīng)依據(jù)同樣的原則工作。當(dāng)使用狀態(tài)觸發(fā)時(shí)。輸入信號(hào)怕自理方法和圖形觸發(fā)時(shí)一樣只不過(guò)一在要把其中的一個(gè)輸入信號(hào)當(dāng)作時(shí)鐘信號(hào)。如果示波器在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)存貯的其余三條線的輸入字和用戶規(guī)定的觸發(fā)定一致則示波器新觸發(fā)。

--毛刺觸發(fā)

使用毛刺觸發(fā)時(shí)能引起系統(tǒng)誤動(dòng)作的窄脈沖如毛刺、類(lèi)峰等可以引起示波器角發(fā)。

如果一個(gè)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)在DC到某一頻率信號(hào)下工作的那么由于線路走線可能會(huì)使系統(tǒng)引入比此范圍更高的頻率信號(hào)例如來(lái)自其它線路的干擾或吸收大功率的瞬變信號(hào)等可以把示波器設(shè)置為當(dāng)被測(cè)脈沖的寬度小于允許的最高頻率信號(hào)之周期的一半時(shí)觸發(fā)。國(guó)為我們可以認(rèn)為在正常工作的情況下這樣窄的脈沖是不會(huì)發(fā)生的。圖32所示。

毛刺觸發(fā)的另一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合是邏輯硬件這時(shí)硬件電路的邏輯狀態(tài)都是和系統(tǒng)時(shí)鐘同步變化的。結(jié)果這種硬件電路中的脈沖寬度都應(yīng)為系統(tǒng)時(shí)鐘周期的整倍數(shù)。在這種系統(tǒng)中故障的發(fā)生常常和脈沖寬度異常有關(guān)為了探測(cè)故障我們現(xiàn)在可以把示波器的角發(fā)條件設(shè)置為在脈沖寬小于一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)觸發(fā)。

圖32 毛刺觸發(fā)

--時(shí)間限定觸發(fā)

這種觸發(fā)方式使得示波器在滿足一定的時(shí)間長(zhǎng)度要求的條件下，可以按上述任何一種方式觸發(fā)。這種時(shí)間長(zhǎng)度要求可以是要注某一最小時(shí)間長(zhǎng)度（如果時(shí)間長(zhǎng)于某值則為有效）要求某一最大時(shí)間長(zhǎng)度或者要求某一個(gè)從最小值到最大值的時(shí)間范圍。時(shí)間限定觸發(fā)對(duì)于按照系統(tǒng)不能滿足正常工作條件來(lái)觸發(fā)以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)非常肜的。還可有用這種觸方式來(lái)探測(cè)連續(xù)工作信號(hào)發(fā)生的中斷現(xiàn)象。

--事件延遲

這種觸發(fā)方式使示波器多個(gè)信號(hào)的情況來(lái)觸發(fā)而其中的一個(gè)入號(hào)用來(lái)延遲采集的超始點(diǎn)。觸發(fā)周期是由一個(gè)主信號(hào)通常為多個(gè)信號(hào)通道之一啟動(dòng)的。接收到主觸發(fā)信號(hào)以后示波器就開(kāi)始檢查第二個(gè)信號(hào)（這也可能還是那個(gè)主觸發(fā)信號(hào)但取不同的電平）并對(duì)這個(gè)信號(hào)上的觸發(fā)事件進(jìn)行計(jì)數(shù)當(dāng)達(dá)到預(yù)先規(guī)定的觸發(fā)事件數(shù)時(shí)示波器就開(kāi)始采集波形見(jiàn)圖33。

圖33 事件延遲

典型應(yīng)用實(shí)例為串行數(shù)據(jù)線、控制系統(tǒng)及機(jī)械環(huán)境等。

這種功能可以用來(lái)從輸入信號(hào)中選出每個(gè)第N次出現(xiàn)的波形然后將這種選出的信號(hào)加到正常觸發(fā)系統(tǒng)來(lái)使示波器觸發(fā)。當(dāng)一個(gè)信號(hào)受到它的諧波的影響而失真也就是說(shuō)這個(gè)信號(hào)是周期性的但其各個(gè)周期并不完全相同這種情況下N次周期觸發(fā)方式特別有用。例如其一系統(tǒng)按一固定頻率運(yùn)行但是每過(guò)12個(gè)脈沖脈沖寬度就變得寬一些。這時(shí)可以選擇“N=周期=12”這樣示波器就只對(duì)這些變寬的脈沖作出響應(yīng)引起觸發(fā)見(jiàn)圖34。

波形存貯 被測(cè)信號(hào)的波形形存入存儲(chǔ)器以后可以將其復(fù)制到所謂的后備存儲(chǔ)器或寄存器中供以后進(jìn)行分析或作參考及比較的目的使用DSO中通常裝有多個(gè)這種存儲(chǔ)器可以按掃跡存儲(chǔ)器的方式設(shè)置

圖34 N次周期觸發(fā)

這時(shí)示波器多通道采集的每一條掃跡將分別存貯也可將后務(wù)存儲(chǔ)器設(shè)置為記錄存儲(chǔ)器這時(shí)示波器將多通道采集所有數(shù)據(jù)同時(shí)存貯了所有有關(guān)的時(shí)間信息。

示波器配備大量的后備存儲(chǔ)器對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)工作的工程師是很方便的。這時(shí)工程師可以把現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量期間所有有關(guān)的波形都存貯下來(lái)以便以后生成硬考貝或?qū)⑦@些波形傳往計(jì)算機(jī)再作進(jìn)一步的分析。

顯示算法內(nèi)插和點(diǎn)連接

我們?cè)贒SO屏幕上看到的波形是由存儲(chǔ)器中的采樣點(diǎn)重建出來(lái)的信號(hào)波形。這時(shí)示波器在屏幕上顯示出這些采樣點(diǎn)并在這些采樣點(diǎn)之間畫(huà)出連線這種波形顯示的工作可以按幾種方法來(lái)作最簡(jiǎn)單的方法是在各個(gè)采樣點(diǎn)之間用直線連接這種京都我為線性?xún)?nèi)差只要各采樣點(diǎn)之間告得很近例如每格50個(gè)采樣點(diǎn)用這種方法就能獲得足夠的重建波形如果在信號(hào)跳變沿前后都采集了采樣點(diǎn)那么用這種方法就可以觀察領(lǐng)事的沿如果將顯示的波形在水平方向放大使得采集的采樣點(diǎn)之間的距離變大那么示波器屏幕上信號(hào)波形的亮度就會(huì)降低所以示波器是通過(guò)計(jì)算出內(nèi)插的或顯示的采樣值來(lái)保持屏幕上顯示的采樣點(diǎn)數(shù)足夠高當(dāng)屏幕上的波形在水平方向放大得很大時(shí)在屏幕上顯示出一條通過(guò)各采樣點(diǎn)的連續(xù)的曲線就比在采點(diǎn)之間用直線連接要好得多為此可用使用正弦內(nèi)插法。采用這種方法時(shí)在屏幕上將各個(gè)采集的采樣點(diǎn)用幅度和頻率均為可變的最佳正弦擬合曲線連接直來(lái)。采用了內(nèi)插的方法以后既使當(dāng)屏幕上每格的采樣點(diǎn)數(shù)較少時(shí)也能得到和模擬示波器顯示波形類(lèi)似的自然平滑的重建波形。

為了察看真正的采樣點(diǎn)示波器通常設(shè)有點(diǎn)顯示方式在此方式之下不使用任何內(nèi)插方法。選擇這種方式以后我們?cè)谄聊簧现荒芸吹接秒x散亮點(diǎn)表示采樣點(diǎn)而在這些點(diǎn)之間沒(méi)有任何連線。

窗口模式

當(dāng)我們進(jìn)行信號(hào)比較時(shí)例如將一新采集的波形和以前存貯的信號(hào)波形比較時(shí)把這兩個(gè)波形掃跡顯示在示波器屏幕的不同區(qū)域會(huì)是很有用處的。為此示波器又設(shè)有窗口模式這個(gè)模式將示波器屏幕分成兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域以顯示不同的掃跡由于減小了顯示波形幅度的情況下還能獲得優(yōu)化的測(cè)量準(zhǔn)確度

2.3 自動(dòng)測(cè)量和處理

自動(dòng)測(cè)量

示波器用來(lái)顯示信號(hào)的波形并對(duì)諸如：峰〈一〉峰值幅度RMS幅度、DC電平、頻率、脈沖寬度、上升時(shí)間等波形參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于任何波形來(lái)說(shuō)這些波表參數(shù)都可以使用大家熟知的數(shù)學(xué)方法來(lái)測(cè)量計(jì)算我們將在第六章對(duì)此進(jìn)行介紹。

在使用模擬示波器的時(shí)候用戶只能進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量例如對(duì)屏幕上顯示的波形曲線進(jìn)行解釋分析、在屏幕上計(jì)算格數(shù)以求出波形幅度和時(shí)間間隔殖民地用數(shù)學(xué)定義算出測(cè)量結(jié)果對(duì)于西藏的波形來(lái)說(shuō)這種方法雖然只能獲得中等的準(zhǔn)確度但方法是可行的。而對(duì)于更加復(fù)雜的波形來(lái)說(shuō)使用這方法要困難得多并且可能需要進(jìn)行某些推測(cè)。

當(dāng)使用DSO時(shí)只要示波器已經(jīng)采集了信號(hào)波形就獲得了所有的波形信息數(shù)據(jù)根據(jù)這些數(shù)據(jù)就能自動(dòng)計(jì)算出要測(cè)量的參數(shù)得到更加準(zhǔn)確可靠的結(jié)果整個(gè)過(guò)程極為迅速簡(jiǎn)便。

多數(shù)DSO都能對(duì)一個(gè)或多個(gè)通道上的輸入信號(hào)同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)或我個(gè)參數(shù)的測(cè)量困此可以用來(lái)進(jìn)行信號(hào)間的比較例如比較一個(gè)放大器或衰減器的輸入和輸出信號(hào)。

另外如果示波器對(duì)存貯的波形和新采集的波形都能進(jìn)行能進(jìn)行參數(shù)測(cè)量那將會(huì)是非常方便的。這就使我們能對(duì)實(shí)際信號(hào)的性能和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的性能進(jìn)行比較也使我們可以觀察時(shí)間對(duì)信號(hào)的響應(yīng)變化或者對(duì)系統(tǒng)修改后的變化影響。

示波器上最完全的參數(shù)測(cè)量功能還應(yīng)包括用統(tǒng)計(jì)形式給出測(cè)量結(jié)果這就是說(shuō)在一個(gè)較長(zhǎng)的波形采集期間中的任何時(shí)刻示波器應(yīng)給出某一特定測(cè)量參數(shù)的最小值最大值和平均值使用這一功能我們就可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)性能變化的趨勢(shì)而而無(wú)須連續(xù)監(jiān)視示波器屏幕顯示的內(nèi)容。

應(yīng)當(dāng)記住任何示波器的參數(shù)測(cè)量都是通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)進(jìn)行的所以參數(shù)測(cè)量的結(jié)果都源于在示波器中存貯的采集到的波形這就意味著示波器的設(shè)置情況對(duì)參數(shù)測(cè)量和結(jié)果會(huì)有影響例如如果示波器的時(shí)基速度設(shè)置得比較慢比如說(shuō)設(shè)置為1ms/格而要對(duì)一個(gè)估計(jì)為50ns至100ns的上升沿進(jìn)行上升時(shí)間測(cè)量那么由于采集過(guò)程中時(shí)間分辯集約的限制我們就無(wú)法測(cè)出正確的結(jié)果為了進(jìn)行這項(xiàng)參數(shù)測(cè)量我們應(yīng)當(dāng)把示波器的時(shí)基設(shè)置得足夠快例如設(shè)置為50ns/格以便以足夠細(xì)的時(shí)間分辨率顯示出被測(cè)波形的上升沿見(jiàn)圖35

在第六章我們將詳細(xì)討論各種不同參數(shù)的定義、測(cè)量方法以及如何用手動(dòng)和自動(dòng)的方式進(jìn)行這些參數(shù)的測(cè)量。 數(shù)字處理 示波器所采集的波形數(shù)據(jù)中包含了非常豐富的信息用來(lái)顯示這些數(shù)據(jù)的一種非常有用的形式就是波形顯示即用垂直坐標(biāo)軸表示電壓、用水平坐標(biāo)軸表示時(shí)間。這就是Y-t顯示方式。

圖35 用統(tǒng)計(jì)的格式給出峰〈-〉
峰值電壓和頻率測(cè)量值的屏幕顯示情況。
其中給出了這兩個(gè)參數(shù)的的最小值
平均值和最大值隨時(shí)間的變化

另一種顯示波形數(shù)據(jù)的方法是用兩上通道的波形數(shù)據(jù)來(lái)畫(huà)圖。這時(shí)對(duì)顯示的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)說(shuō)其水平位置代表一個(gè)通道的數(shù)據(jù)值而其垂直位置則表示另一個(gè)通道的數(shù)據(jù)值這種顯示模式稱(chēng)為X對(duì)Y模式或簡(jiǎn)稱(chēng)為X-Y模式用這種模式用戶可以觀察頻率相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)信號(hào)之間的相位或時(shí)間關(guān)系X-Y模式對(duì)于測(cè)試相移器和濾波器極為有用還可以和運(yùn)動(dòng)傳感器配合使用來(lái)檢查運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)情況。

在X-Y模式下DSO比模擬示波器優(yōu)越地地方在于這時(shí)DSO的帶寬為示波器的全部采集帶寬而在X-Y模式下DSO顯示的是在某一單個(gè)記錄中所包含的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)只能表示在一個(gè)有限的時(shí)間期間（該記錄的時(shí)間長(zhǎng)度）的波形而在X-Y模式下模擬示波器給出的是一個(gè)連續(xù)的活的顯示圖形。

此外還有很多其它的方法用來(lái)從波形數(shù)據(jù)據(jù)中提取寶貴的信息或者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以便用更加有用的格式來(lái)表示婁據(jù)中所包含的信息這種運(yùn)算通常稱(chēng)為波形的數(shù)學(xué)處理這咱處理往往是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成的這就是說(shuō)把采集到的波形傳送給計(jì)算機(jī)然后再作進(jìn)一步的處理。

更新穎的DSO已經(jīng)把這種數(shù)學(xué)處理能力裝在了示波器內(nèi)部這可以靠示波器的主處理器或者另一個(gè)附加的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

一采用平均的方法來(lái)提高分辨率

平均的方法是把連續(xù)的各次波形采集的結(jié)果組合在一起采用平均的方法可以減少疊加在信號(hào)上的噪音經(jīng)過(guò)平均處理以后的波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)都是由各次連續(xù)采集的波形上相同位置的采樣值通過(guò)平均運(yùn)算而獲得的。

由于噪音的本質(zhì)所決定噪音對(duì)每次新的采集來(lái)說(shuō)都是不同的所以各次連續(xù)采集波形的采樣值就會(huì)略有不同通過(guò)平均減少了這種差別獲得了更加平滑的波形但是并不影響帶寬然而當(dāng)使用平均的方法時(shí)示波器要用更長(zhǎng)的時(shí)間才能響應(yīng)信息的變化。多數(shù)DSO的垂直分辨率為8比特。這就是說(shuō)采集的波形完全由256個(gè)不同的電壓電平來(lái)表示通過(guò)對(duì)各次連續(xù)采集的波形進(jìn)行平均可以提高分辨率進(jìn)行平均計(jì)算時(shí)所用的連續(xù)采集波形數(shù)越多垂直分辨率就越高。每當(dāng)所用的連續(xù)采集波形數(shù)增加一倍時(shí)垂直分辨率就增加一個(gè)比特。

一包絡(luò)模式

當(dāng)被測(cè)信號(hào)隨著時(shí)間變化時(shí)例如要觀察信事情的幅度變化或者抖動(dòng)現(xiàn)象時(shí)觀測(cè)在多次休集過(guò)程中波形記錄中每個(gè)采樣點(diǎn)位置的最小值和最大值都存貯下來(lái)并以此構(gòu)成波形顯示這樣獲得的顯示波形表現(xiàn)了信號(hào)長(zhǎng)期變化的積累效果使得我們可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的抖動(dòng)測(cè)量或者長(zhǎng)時(shí)間的幅度變化測(cè)量。見(jiàn)圖36

一數(shù)字濾波 對(duì)波形進(jìn)行濾波是一種通過(guò)對(duì)采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理以咸小波形帶寬的得理過(guò)程。“濾波”一詞說(shuō)明這種處理功能和在示波器的輸入端加入低通濾波器具有相同的效果。

圖36使用和不使用包絡(luò)模式兩種情況下的抖動(dòng)脈沖

數(shù)字濾波是通過(guò)把波形記錄中的每個(gè)采樣點(diǎn)和同一波表記錄中與該點(diǎn)相鄰的若干采樣點(diǎn)進(jìn)行平均來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣作的結(jié)果減小了信號(hào)的噪音但同時(shí)也減少了帶寬的目的是為了減小噪音。數(shù)字濾波也可用于單次信號(hào)的情況而平均的方法卻要求對(duì)重復(fù)性信號(hào)進(jìn)行多次波形采集。

一波形比較樣板測(cè)試

示波器中存貯的波形可以和新采集的波形同時(shí)進(jìn)行顯示例如我們可以把一個(gè)已知好的設(shè)備的波形特性和有故障的設(shè)備的波形特性進(jìn)行比較在很多情況下進(jìn)行這種信號(hào)比較的目的在于檢查該系統(tǒng)的性能是否符合其技術(shù)指標(biāo)。在設(shè)備生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中我們常常會(huì)遇到這種情況使用具有“通過(guò)/不通過(guò)”測(cè)試能力的示波器我們可以非常容易地全自動(dòng)地進(jìn)行這種信號(hào)比較工作。首先我們把標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及其允許的極限范圍存貯在示波器的寄存器中這些存貯的信息稱(chēng)為樣板接著示波器就從被測(cè)系統(tǒng)采集信號(hào)并將每個(gè)新采集的信號(hào)和該樣板進(jìn)行比較。如果采集的信號(hào)在樣板的范圍之內(nèi)則示波器指示“通過(guò)”反之則示波大就會(huì)報(bào)出“不通過(guò)”。圖37所示

一快速付里葉變換（FFT） 快速付里葉變換是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算方法。它從被測(cè)信號(hào)中提取信號(hào)所包含的各個(gè)頻率分量并將各個(gè)頻率分量的幅度顯示出來(lái)。 FFT對(duì)于發(fā)現(xiàn)信號(hào)失真的大小確認(rèn)復(fù)雜波形中包含的頻率萬(wàn)分或者尋找系統(tǒng)間的相互干擾等工作都是非常有用的。

圖37 信號(hào)的波形及其頻率變換

一波表相乘

此功能最重要的應(yīng)用是測(cè)量電功率因?yàn)殡姽β实亩�義就是電流和電壓的數(shù)學(xué)乘積為了進(jìn)行功率的測(cè)量示波器就要同時(shí)采集電壓和電流的小輩形并將二者相乘相乘后獲得的波形則表示隨時(shí)間變化的瞬時(shí)功率值。這種功率測(cè)量工作對(duì)于測(cè)試電源功率放大器以及穩(wěn)壓器等都是非常重要的因?yàn)樵谶@些場(chǎng)合電流都比較大而這些部件承受的功率大小都是很關(guān)鍵的指標(biāo)。

一積分

積分可以給出一條曲線下的面保佑使我們能夠觀察信號(hào)隨著時(shí)間積累的總體效果例如，手持式測(cè)振儀連續(xù)充電過(guò)程對(duì)于電容器上的電荷量的總體效果或者一個(gè)元件耗散功率的總體效果。

在測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)時(shí)如使用輸出電壓和系統(tǒng)加速度成正比的傳感器則此信號(hào)的積分映出的就是速度。

一微分

微分表示的是信號(hào)變化的速率例如一個(gè)電信號(hào)的擺動(dòng)率（Slew rate)就是信號(hào)隨時(shí)間變化曲線的微分。

一功率及損耗的測(cè)量

下面敘述的功率耗損測(cè)量是示波器處理能力的一個(gè)實(shí)際便子一個(gè)元件可以承受一定的功率此功率的定義為跨過(guò)元件兩端的電壓和流過(guò)元件的電流的乘積。在元件的設(shè)計(jì)中通常要對(duì)元件隨功率的能力規(guī)定一個(gè)極限值此極限值是由該功率在一定的時(shí)間里引起的元件溫升來(lái)確定的。元件耗散的熱量（即能量）是曲其瞬時(shí)功率和時(shí)間來(lái)決定的。

元件產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)測(cè)量其電壓和電流值并將二者相乘來(lái)決定兩者相乘后獲得的是以瓦特為單位的任一時(shí)刻的瞬時(shí)功率值接著可以使用第二個(gè)數(shù)學(xué)處理功能進(jìn)行積分這樣就可以得到以瓦秒為單位的總的功率耗損值而3600000瓦秒等于1kwh這樣通過(guò)換算我們就可以把元件的功耗值換算成我們?nèi)粘８峨娰M(fèi)時(shí)常用的單位來(lái)表示。

2.4 接口

接口

在很多情況下我們需要把示波器中的信號(hào)傳往PC機(jī)而在另一些情況下我們可能希望用PC機(jī)來(lái)對(duì)示波器進(jìn)行控制這兩種情況都要求示波器具有通訊能力。也就是說(shuō)示波器必須裝有通訊硬件及其支持軟件。我們稱(chēng)此通訊用軟硬件為“接口”。常用的接口有兩種好RS-232接口和通用接口總線（GPIB）后者又稱(chēng)為IEEE-488總線對(duì)多數(shù)示波器來(lái)說(shuō)這些通訊接口都是選件。

RS-232接口是一種串行接口這種接口在PC機(jī)上一般用來(lái)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通訊還用來(lái)連接鼠標(biāo)器打印機(jī)等設(shè)備。連接到PC機(jī)上的每個(gè)設(shè)備都需要單獨(dú)占用PC機(jī)上的一個(gè)RS-232接口也就是說(shuō)在一臺(tái)PC機(jī)上只能連接有限個(gè)設(shè)備常常只能連接一個(gè)。

很多軟件包都使用串行通訊方式因?yàn)檫@種通訊方式要求對(duì)PC機(jī)的改動(dòng)最小并且可以使用比較簡(jiǎn)單的電纜所以在示波器上配備這種軟件比較容易。我們只要使用一臺(tái)PC機(jī)就可以存貯示波器采集的波形以作后備之用。GPIB總線是一種為在儀器系統(tǒng)中使用而設(shè)計(jì)的的并行總線這種總線允許多臺(tái)儀器同時(shí)連至同一總線。這種總線還允許各儀器在測(cè)試協(xié)議之下隨時(shí)（例如當(dāng)某臺(tái)儀器在測(cè)量發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)）請(qǐng)求控制器給予注意按GPIB總線的計(jì)算機(jī)可以是專(zhuān)用的GPIB控制器但當(dāng)今最常用的還是配有GPIB插卡的標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)由于GPIB插卡不是PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置所以必須另外加配。

供GPIB使用的軟件通常都在計(jì)算機(jī)上生成一個(gè)完整的測(cè)試環(huán)境將我臺(tái)儀器集成為一個(gè)單獨(dú)的測(cè)試系統(tǒng)。

打印機(jī)、繪圖儀硬考貝

使單次現(xiàn)象重復(fù)

在很多應(yīng)用場(chǎng)合我們遇到的信號(hào)都不是干凈的正弦波或者方波比如在醫(yī)療電子學(xué)中遇到的心電信號(hào)或者開(kāi)關(guān)接點(diǎn)的“抖動(dòng)”信號(hào)等都是這種情況。

當(dāng)要對(duì)這種系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行測(cè)試時(shí)最好使用和實(shí)際遇到的信號(hào)盡可能類(lèi)似的信號(hào)來(lái)進(jìn)行。

為了達(dá)到這一目的人們研制出了任意波形發(fā)生器對(duì)于一個(gè)任意波形發(fā)生器來(lái)說(shuō)其輸出信號(hào)是用由一個(gè)數(shù)據(jù)“字”的矩形成的時(shí)間函數(shù)來(lái)表示的把這一系列的數(shù)據(jù)“字”送往數(shù)模變換器（DAC）就產(chǎn)生了我們需要的輸出電壓。

任意波形發(fā)生器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器放在一起提供了一種很好的配合應(yīng)用。DSO的獨(dú)特能力在于捕捉實(shí)際信號(hào)的有關(guān)部分并以數(shù)據(jù)“字”的形式將存存貯起來(lái)然后把這個(gè)波形記錄傳送給任意波形發(fā)生器使得任意波形發(fā)生器能隨時(shí)根據(jù)需要不斷重新產(chǎn)生原來(lái)捕捉的信號(hào)甚至可以改變信號(hào)的幅度比例改變信號(hào)的頻率或者將數(shù)據(jù)送往計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的調(diào)整使得任意波形發(fā)生器能夠輸出原始信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)整修改后的波形。

為了方便把任意波形發(fā)生器和DSO配合使用多種型號(hào)的Fluke公司的組合示波器都具有“直接傳送”能烽。只要在示波器和任意波形發(fā)生器之間連接一條電纜就可以把示波器捕捉的信號(hào)傳送給任意波形發(fā)生器以便重新產(chǎn)生捕捉的信號(hào)。