圖1 死區(qū)時(shí)間

 

數(shù)字示波器在工作時(shí)總會先采集數(shù)據(jù)，然后再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，有一點(diǎn)必須了解，那就是示波器數(shù)據(jù)取樣速度遠(yuǎn)快于數(shù)據(jù)處理速度，使得它不得不在數(shù)據(jù)處理期間停止取樣，這樣必然導(dǎo)致死區(qū)t2內(nèi)的所有波形因沒有采集而丟失，示波器的基本原理如圖2所示。

圖2 示波器原理

 

與示波器死區(qū)時(shí)間對應(yīng)的參數(shù)是示波器的波形刷新率，又叫波形捕獲率，示波器在特定時(shí)基本下的波形刷新率是可通過Trigger Out接口去測得，示波器的波形刷新率越高越好。

 

波形刷新率F = 1/（t1+t2） （wfms/s）

 

在特定時(shí)基檔位下，波形時(shí)間t1是確定的，那么波形刷新率越高，就意味著波形死區(qū)時(shí)間越短，漏掉的波形越少。例如對于T公司的MSO4054而言，它在時(shí)基為50ns/div時(shí)基下，波形刷新率可達(dá)到最高50kwfms/s，那么每秒的波形時(shí)間等于50*10*50000 = 25ms，死區(qū)時(shí)間為975ms，故而波形死區(qū)高達(dá)97.5%，用戶觀察到的有效波形僅占全部波形的2.5%。

圖3 50kwfms/s波形刷新率下觀察的波形信息

ZLG的ZDS2022示波器同樣在50ns/div時(shí)基下，波形刷新率卻能達(dá)到330，000wfms/s，使每秒波形時(shí)間長達(dá)231ms，約T公司MSO4054的9.24倍。用兩臺示波器觀察同一個信號，時(shí)基均調(diào)到200ns/div時(shí)，ZLG的ZDS2022能更短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號異常，但是MSO4054卻不能。

圖4 330，000wfms/s波形刷新率下觀察的波形信息

 

如今，仍然有許多工程師還繼續(xù)用模擬示波器，因?yàn)槟M示波器不會存在波形死區(qū)，卻也存在其他的不足，比如無法做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，無法記錄等，這也是模擬示波器用戶越來越少的原因。為了減少波形死區(qū)對信號分析的影響，建議在購買示波器時(shí)務(wù)必選擇高波形刷新率的示波器。

 

而很多示波器用戶無不關(guān)心示波器的刷新率指標(biāo)，近期我司FAE在與客戶交流時(shí)，很多客戶對ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的高刷新率很感興趣，這樣高的刷新率到底是怎樣做出來的呢？

 

 

波形刷新率又叫波形捕獲率，指的是每秒鐘波形刷新的次數(shù)，表示為波形數(shù)每秒（wfms/s）。事實(shí)上，示波器從采集信號到屏幕上顯示出信號波形的過程，是由若干個捕獲周期組成的。一個捕獲周期包括采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間，模擬信號通過ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號同時(shí)存儲，整個采樣存儲過程的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。示波器必須對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量運(yùn)算顯示等處理，才能開始下一次的采樣，這段時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間內(nèi)，示波器并沒有進(jìn)行波形采集。一個捕獲周期完成就會進(jìn)入下一個捕獲周期。捕獲周期的倒數(shù)就是波形刷新率，如圖1.1中所示，波形刷新率=1/（Tacq+Tdeat）。

圖5 示波器采樣過程示意圖

 

 

 

如圖5中所示，波形刷新率為Tacq（采樣時(shí)間）和Tdeat（死區(qū)時(shí)間）的倒數(shù)，其中采樣時(shí)間由示波器屏幕的采樣窗格決定，用水平時(shí)基檔位乘以水平方向格數(shù)，當(dāng)水平時(shí)基確定后，采樣時(shí)間就會固定。

 

而死區(qū)時(shí)間是由示波器的處理能力決定的，當(dāng)示波器對數(shù)據(jù)處理能力不足時(shí)，就會對采集的大數(shù)據(jù)不能及時(shí)進(jìn)行處理，死區(qū)時(shí)間就會變長，刷新率就會降低;當(dāng)示波器對數(shù)據(jù)的處理能力很強(qiáng)時(shí)，死區(qū)時(shí)間就會變短，相應(yīng)刷新率就會很高。因此死區(qū)時(shí)間是影響刷新率的重要因素。

 

增大觸發(fā)釋抑時(shí)間相當(dāng)于變相地增加了死區(qū)時(shí)間，因?yàn)樵卺屢制陂g，觸發(fā)電路封閉，觸發(fā)功能暫停，即使有滿足觸發(fā)條件的信號波形示波器也不會觸發(fā)，所以也會影響刷新率。但觸發(fā)釋抑時(shí)間并非指死區(qū)時(shí)間。

 

當(dāng)對大周期重復(fù)波形進(jìn)行觸發(fā)時(shí)，由于波形中存在很多滿足觸發(fā)條件的波形點(diǎn)，導(dǎo)致觸發(fā)波形不穩(wěn)定，為了得到穩(wěn)定觸發(fā)的波形，我們可以設(shè)置觸發(fā)釋抑時(shí)間，使波形每次都在同一個點(diǎn)觸發(fā)，穩(wěn)定顯示觸發(fā)波形。如圖1.2中，可將釋抑時(shí)間設(shè)置為》200ns但《600ns的值。

圖6  觸發(fā)釋抑時(shí)間

 

 

對刷新率有重要影響的死區(qū)時(shí)間是如何計(jì)算出來的呢？

 

當(dāng)捕捉一個脈寬在40ns~60ns的異常脈沖時(shí)，合適的水平時(shí)基檔位可設(shè)在50ns/格，此時(shí)ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的波形刷新率，意味著每次觸發(fā)采樣占用的總捕獲時(shí)間T=1s/330KHz=3.03us，則有效的采樣時(shí)間為50ns/divX14（ZDS2022示波器水平方向有14個格）=700ns。那么死區(qū)時(shí)間百分比為（3030-700）/3030=76.89%。

 

捕獲相同的異常脈沖，在相同時(shí)基檔位下，若T示波器具有50K幀/秒的刷新率，則就意味著每次觸發(fā)采樣占用的總時(shí)間為，T=1S/50KHz=20us，有效的采樣時(shí)間為50ns/divX10（該示波器水平方向有10個格）=500ns，則死區(qū)時(shí)間百分比為（20000-500）/20000=97.5%。

 

死區(qū)時(shí)間越長，捕獲到偶發(fā)信號的概率就會越低，當(dāng)小概率異常波形出現(xiàn)在死區(qū)時(shí)間時(shí)，示波器就不會捕獲到該異常，對信號的調(diào)試會產(chǎn)生很大影響。

 

 

那么為什么ZDS2022示波器能夠做到高達(dá)33萬次幀/秒的刷新率呢？死區(qū)時(shí)間低至76.89%，比一般示波器97.5%的死區(qū)時(shí)間竟然低了21.13%！

圖7 波形合成器框圖

 

ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA進(jìn)行波形合成，都是全硬件加速處理;

 

ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA集成波形顯存，總線帶寬高，使數(shù)據(jù)處理時(shí)間大大減少，且采用了多線程并行處理的方式;

 

ZDS2022示波器的波形合成全都采用優(yōu)化算法進(jìn)行處理。

 

 

示波器的刷新率直接決定了捕獲異常毛刺的能力，只有真正掌握了刷新率的本質(zhì)，才能正確認(rèn)識示波器的刷新率指標(biāo)，ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的刷新率，能快速捕獲波形異常，高效實(shí)用！說再多，也不如您親自測一測！