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1、关于示波器工作原理第1页，讲稿共90张，创作于星期二概述概述概述概述 自然界存在着各种形式的波，比如海浪、地震、声波、爆破、空气中传播的声音，或者身体自然界存在着各种形式的波，比如海浪、地震、声波、爆破、空气中传播的声音，或者身体运转的自然节律。物理世界里，能量、振动粒子和不可见的力无处不在。即使是光（波粒二象物运转的自然节律。物理世界里，能量、振动粒子和不可见的力无处不在。即使是光（波粒二象物质）也有自己的频率，并因为频率的不同呈现出不同的颜色。质）也有自己的频率，并因为频率的不同呈现出不同的颜色。通过传感器，这些力可以转变为电信号，以便通过示波器能够进行观察和研究。通过传感器，这些力可以转
2、变为电信号，以便通过示波器能够进行观察和研究。有了示波器，我们就能够有了示波器，我们就能够“观察观察”随时间变化的事件。随时间变化的事件。示波器是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物。当今世界瞬时万变，工示波器是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物。当今世界瞬时万变，工程师们需要最好的工具，快速而精确地解决测量疑难。程师们需要最好的工具，快速而精确地解决测量疑难。示波器的用途不仅仅局限于电子领域。示波器利用信号变换器，适用于各种各样的物理示波器的用途不仅仅局限于电子领域。示波器利用信号变换器，适用于各种各样的物理现象。信号变换器能够响应各种物理激励源，使之转变为电信号，包括声音、机械应
3、力、压现象。信号变换器能够响应各种物理激励源，使之转变为电信号，包括声音、机械应力、压力、光、热。麦克风属于信号变换器，它实现把声音转变为电信号。由示波器收集科学数据力、光、热。麦克风属于信号变换器，它实现把声音转变为电信号。由示波器收集科学数据的例子如图的例子如图1 1所示。所示。第2页，讲稿共90张，创作于星期二示波器示波器示波器示波器 什么是示波器，它是如何工作的？什么是示波器，它是如何工作的？示波器是一种示波器是一种形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是基本的电子测量仪器试仪，是基本的
4、电子测量仪器，它描绘电信号的图形曲线。在大多数应用中，呈现的图形能够表明信号，它描绘电信号的图形曲线。在大多数应用中，呈现的图形能够表明信号随时间的变化过程：垂直（随时间的变化过程：垂直（Y Y）轴表示电压，水平（）轴表示电压，水平（X X）轴表示时间。有时称亮度为）轴表示时间。有时称亮度为Z Z 轴。轴。(参看图参看图2)2)这一简单的图形能够说明信号的许多特性，例如：这一简单的图形能够说明信号的许多特性，例如：信号的时间和电压值信号的时间和电压值 振荡信号的频率振荡信号的频率 信号所代表电路的信号所代表电路的“变化部分变化部分”信号的特定部分相对于其他部分的区别信号的特定部分相对于其他部分
5、的区别 是否存在故障部件使信号产生失真是否存在故障部件使信号产生失真 信号的直流值信号的直流值 (DC)(DC)和交流值和交流值 (AC)(AC)信号的噪声值和噪声是否随时间变化信号的噪声值和噪声是否随时间变化图图2.2.显示波形的显示波形的X X、Y Y和和Z Z分量分量第3页，讲稿共90张，创作于星期二理解波形和波形的测量理解波形和波形的测量 通常把随时间重复的模式称为波，声波、脑电波、海浪、电压波形都具有重复的特点。示波器通常把随时间重复的模式称为波，声波、脑电波、海浪、电压波形都具有重复的特点。示波器测量的是电压波形。波的周期是波动重复的部分。波形是波的图形表现形式。电压波形描述水平方
6、测量的是电压波形。波的周期是波动重复的部分。波形是波的图形表现形式。电压波形描述水平方向的时间和垂直方向的电压。向的时间和垂直方向的电压。波形能够揭示信号的许多特性。当看到波形的高度变化，则表示电压值在变化。当看到的是平波形能够揭示信号的许多特性。当看到波形的高度变化，则表示电压值在变化。当看到的是平坦的水平线，则表示在一段时间内，信号没有变化。平直斜线表示线性变化，电压以恒定的斜率上坦的水平线，则表示在一段时间内，信号没有变化。平直斜线表示线性变化，电压以恒定的斜率上升或下降。波形中的尖角指示的是突然的变更。图升或下降。波形中的尖角指示的是突然的变更。图3 3提供出普通波形图，而图提供出普通
7、波形图，而图4 4展示出这些普通波展示出这些普通波形的来源。形的来源。第4页，讲稿共90张，创作于星期二波的类型波的类型大多数波都属于如下类型大多数波都属于如下类型：正弦波正弦波方波和矩形波方波和矩形波三角波和锯齿波三角波和锯齿波阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波周期和非周期信号周期和非周期信号同步和异步信号同步和异步信号复杂波复杂波正弦波正弦波 有几个原因说明正弦波是基本波形。它具有和谐的数有几个原因说明正弦波是基本波形。它具有和谐的数学特性，与正弦函数曲线的形状一样。房间墙角的电源出学特性，与正弦函数曲线的形状一样。房间墙角的电源出口输出的电压值也如同正弦波那样变化。信号发生器振荡口输出的电压值
8、也如同正弦波那样变化。信号发生器振荡电路产生的测试信号通常就是正弦波。大多数电路产生的测试信号通常就是正弦波。大多数ACAC电源产生的电源产生的是正弦波。（是正弦波。（ACAC表示的是交流，实际上电压值也在改变。表示的是交流，实际上电压值也在改变。DCDC表示的是直流，同时意味着稳定的电流和电压，电池产生的表示的是直流，同时意味着稳定的电流和电压，电池产生的就是就是DCDC。）。）衰减的正弦波是振荡电路产生的特殊实例，它随时间衰减的正弦波是振荡电路产生的特殊实例，它随时间而衰减。图而衰减。图5 5是正弦波和衰减的正弦波的示例。是正弦波和衰减的正弦波的示例。方波和矩形波方波和矩形波 方波是另一种
9、常见的波形。从本质上看，方波是以相同方波是另一种常见的波形。从本质上看，方波是以相同的时间间隔，不停开关的电压（或者不断为高低值）。它是的时间间隔，不停开关的电压（或者不断为高低值）。它是测试放大器的标准波形，好的放大器在增加方波幅值的同时测试放大器的标准波形，好的放大器在增加方波幅值的同时有最小的失真。电视、广播和计算机电路中经常使用方波作有最小的失真。电视、广播和计算机电路中经常使用方波作为定时信号。为定时信号。矩形波与方波类似，不同之处在于高低电压矩形波与方波类似，不同之处在于高低电压值的间隔时间并不等长。在分析数字电路时，矩值的间隔时间并不等长。在分析数字电路时，矩形波非常有用。图形波
10、非常有用。图6 6 是方波和矩形波的示例。是方波和矩形波的示例。锯齿波和三角波锯齿波和三角波 锯齿波和三角波来源于线性控制电压的电路。锯齿波和三角波来源于线性控制电压的电路。例如，模拟示波器的水平扫描，或者电视的光栅例如，模拟示波器的水平扫描，或者电视的光栅扫描。这类波形以恒定速率对电压电平值进行转扫描。这类波形以恒定速率对电压电平值进行转换。这些渐增过程称为斜坡信号。图换。这些渐增过程称为斜坡信号。图7 7 是锯齿波是锯齿波和三波的示例。和三波的示例。第5页，讲稿共90张，创作于星期二阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波 阶跃波和脉冲波之类的信号很少发生，并且是非周期信号。这类信号被称为单脉冲或瞬时
11、信号。阶跃波指示的是电压的突然阶跃波和脉冲波之类的信号很少发生，并且是非周期信号。这类信号被称为单脉冲或瞬时信号。阶跃波指示的是电压的突然变化，打开电源开关时电压的情况即是如此。变化，打开电源开关时电压的情况即是如此。脉冲指的是电压的突然的两次变化，打开电源开关马上又关闭时，产生的电压波形就是脉冲。在计算脉冲指的是电压的突然的两次变化，打开电源开关马上又关闭时，产生的电压波形就是脉冲。在计算机电路进行传输时，一个脉冲可以表示信息的一位。一系列传输脉冲的集合成为脉冲序列。计算机的数字机电路进行传输时，一个脉冲可以表示信息的一位。一系列传输脉冲的集合成为脉冲序列。计算机的数字部件通过脉冲进行相互通
12、信。图部件通过脉冲进行相互通信。图8 8是阶跃波、脉冲波和脉冲序列的示例。是阶跃波、脉冲波和脉冲序列的示例。周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号 不断重复的信号称为周期信号，而不断变化的信号称为非周期信号。静止图象与周期信号相似，而移动图象不断重复的信号称为周期信号，而不断变化的信号称为非周期信号。静止图象与周期信号相似，而移动图象则与非周期信号等同。则与非周期信号等同。同步信号和异步信号同步信号和异步信号 如果二信号之间具备定时关系，则称它们是同步的。举例来说，计算机中的时钟、数据和地址信号就是同步信号。如果二信号之间具备定时关系，则称它们是同步的。举例来说，计算机中的时钟、数据和地址信
13、号就是同步信号。异步用来说明信号之间没有定时关系。比如说，接触计算机键盘的行为和计算机内部的时钟之间没有异步用来说明信号之间没有定时关系。比如说，接触计算机键盘的行为和计算机内部的时钟之间没有时间的关联，两者可被认为是异步的。时间的关联，两者可被认为是异步的。复杂波复杂波 一些波形组合正弦波、方波、阶跃波和脉冲的特性，形成新的波形，信号的信息可以置入幅值、相位中，可能还置一些波形组合正弦波、方波、阶跃波和脉冲的特性，形成新的波形，信号的信息可以置入幅值、相位中，可能还置入频率变量当中。例如，图入频率变量当中。例如，图9 9表示的是平常的复合视频信号，但是在低频包络里也置入了许多高频波形周期。表
14、示的是平常的复合视频信号，但是在低频包络里也置入了许多高频波形周期。对于这个例子，理解各处的相对电平和定时关系是非常重要的。为了观察这样的信号，需要用示波器来捕对于这个例子，理解各处的相对电平和定时关系是非常重要的。为了观察这样的信号，需要用示波器来捕获低频包络，并以一定的亮度级表示复杂高频波形。如此一来，就可以观察到整个混合图象，方便直观地获低频包络，并以一定的亮度级表示复杂高频波形。如此一来，就可以观察到整个混合图象，方便直观地进行解释说明。对于如图进行解释说明。对于如图9 9所示的视频信号，模拟和数字的荧光示波器非常适合观察这样的复杂波形。所示的视频信号，模拟和数字的荧光示波器非常适合观
15、察这样的复杂波形。第6页，讲稿共90张，创作于星期二波形测量波形测量使用示波器时有许多测量参数。下面对一些常见的测量参数进行说明。使用示波器时有许多测量参数。下面对一些常见的测量参数进行说明。频率和周期频率和周期 不断重复的信号具有频率特性。频率的单位是赫兹（不断重复的信号具有频率特性。频率的单位是赫兹（HzHz），表示一秒时间内信号重复的次数。称为周期），表示一秒时间内信号重复的次数。称为周期每秒。重复信号也具有周期特性，即信号完成一个循环所需要的时间量。周期和频率互为倒数关系，即每秒。重复信号也具有周期特性，即信号完成一个循环所需要的时间量。周期和频率互为倒数关系，即(1/(1/周期周期)
16、等于频率，同理等于频率，同理(1/(1/频率频率)等于周期。例如，如图等于周期。例如，如图10 10 所示，该正弦信号的频率是所示，该正弦信号的频率是3Hz3Hz，而周期，而周期是是1/3 1/3 秒。秒。电压电压 电压是电路两点间的电势能或信号强度。有时把地线或零电压作为参考点。如果测量的是波形从最高峰电压是电路两点间的电势能或信号强度。有时把地线或零电压作为参考点。如果测量的是波形从最高峰值到最低峰值的电压值，则称为电压的峰值值到最低峰值的电压值，则称为电压的峰值-峰值。峰值。幅度幅度 幅度是指电路两点间电压量。幅度通常指被测信号以地或零电压为参考时的最大电压。图幅度是指电路两点间电压量。
17、幅度通常指被测信号以地或零电压为参考时的最大电压。图11 11 所示的波所示的波形的幅度为形的幅度为1V1V，而电压的峰值，而电压的峰值-峰值为峰值为2V2V。第7页，讲稿共90张，创作于星期二相位相位 参照正弦波很容易理解相位。正弦波的电压值是基于圆形运参照正弦波很容易理解相位。正弦波的电压值是基于圆形运动的。参照图动的。参照图1111，一个圆的度数是，一个圆的度数是360,360,而正弦波的一个周期而正弦波的一个周期也是也是360360。为描述经过的周期数，可以参照正弦波的相。为描述经过的周期数，可以参照正弦波的相位的角度。位的角度。相移用来描述两个不同相似信号在时间上的差值。图相移用来描
18、述两个不同相似信号在时间上的差值。图1212中，中，标号为标号为“电压电压”的波形比标号为的波形比标号为“电流电流”的波形超前的波形超前9090，因为两者到达同一点刚好相差，因为两者到达同一点刚好相差1/4 1/4 周（周（360/4=90360/4=90）。在电子学中，相移比较普遍。）。在电子学中，相移比较普遍。利用数字示波器对波形进行测量利用数字示波器对波形进行测量 现代的数字示波器使波形测量变得更为容易。通过前面板按钮，以及基于屏幕的菜单，可方便选现代的数字示波器使波形测量变得更为容易。通过前面板按钮，以及基于屏幕的菜单，可方便选择全自动的测量参数。包括幅值、周期、上升择全自动的测量参数
19、。包括幅值、周期、上升/下降时间，等等。许多数字仪器也能提供均值和均方值下降时间，等等。许多数字仪器也能提供均值和均方值的计算、占空比和其他数学运算。自动化测量通过屏幕读取数值。一般来说，读取的数值可能比直接的计算、占空比和其他数学运算。自动化测量通过屏幕读取数值。一般来说，读取的数值可能比直接利用指针式工具的测量更为准确。利用指针式工具的测量更为准确。一些数字荧光示波器用到的全自动波形测量参数有：一些数字荧光示波器用到的全自动波形测量参数有：周期周期频率频率宽度宽度宽度宽度上升时间上升时间下降时间下降时间幅度幅度消光率消光率平均光功率平均光功率占空比占空比占空比占空比延迟延迟相位相位突发宽度
20、突发宽度峰值峰值-峰值峰值均值均值周期均值周期均值周期区周期区高高低低最小值最小值最大值最大值过冲过冲过冲过冲均方值均方值周期均方值周期均方值第8页，讲稿共90张，创作于星期二示波器的类型示波器的类型示波器的类型示波器的类型 电子设备可以划分为两类：模拟设备和电子设备可以划分为两类：模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化连续，而数数字设备。模拟设备的电压变化连续，而数字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。字设备处理的是代表电压采样的离散二元码。传统的电唱机是模拟设备，而传统的电唱机是模拟设备，而CD CD 播放器是属播放器是属于数字设备。于数字设备。同样，示波器也能分为模拟和数字类型。同样，
21、示波器也能分为模拟和数字类型。模拟和数字示波器都能够胜任大多数的应用。模拟和数字示波器都能够胜任大多数的应用。但是，对于一些特定应用，由于两者具备的但是，对于一些特定应用，由于两者具备的不同特性，每种类型都有适合和不适合的地不同特性，每种类型都有适合和不适合的地方。作进一步划分，数字示波器可以分为数方。作进一步划分，数字示波器可以分为数字存储示波器（字存储示波器（DSODSO）、数字荧光示波器（）、数字荧光示波器（DPODPO）和采样示波器。）和采样示波器。模拟示波器模拟示波器 在本质上，模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在在本质上，模拟示波器工作方式是
22、直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。示波器屏幕通常是阴极射线管（垂直方向描绘电压。示波器屏幕通常是阴极射线管（CRTCRT）。电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物）。电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物质。当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射质。当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射的频度越大，显示得也越亮。的频度越大，显示得也越亮。CRT CRT 限制着模拟示波器显示的频率范围。在频率非常低
23、的地方，信号呈现出明亮而缓慢移动的点，限制着模拟示波器显示的频率范围。在频率非常低的地方，信号呈现出明亮而缓慢移动的点，而很难分辨出波形。在高频处，起局限作用的是而很难分辨出波形。在高频处，起局限作用的是CRTCRT的写速度。当信号频率超过的写速度。当信号频率超过CRTCRT的写速度时，显示出来的写速度时，显示出来的过于暗淡，难于观察。模拟示波器的极限频率约为的过于暗淡，难于观察。模拟示波器的极限频率约为1GHz1GHz。当把示波器探头和电路连接到一起后，电压信号通过探头到达示波器的垂直系统。图当把示波器探头和电路连接到一起后，电压信号通过探头到达示波器的垂直系统。图13 13 描述模拟示波器
24、是如何显示被描述模拟示波器是如何显示被测信号。设置垂直标度（对伏特测信号。设置垂直标度（对伏特/格进行控制）后，衰减器能够减小信号的电压，而放大器可以增加信号电压。随后，格进行控制）后，衰减器能够减小信号的电压，而放大器可以增加信号电压。随后，信号直接到达信号直接到达CRTCRT的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板，引起亮点在屏幕中移动。亮点是由打在的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板，引起亮点在屏幕中移动。亮点是由打在CRTCRT内部荧光物质内部荧光物质上的电子束产生的。正电压引起点向上运动，而负电压引起点向下运动。上的电子束产生的。正电压引起点向上运动，而负电压引起点向下运动。第9页，
25、讲稿共90张，创作于星期二模拟示波器波形显示原理模拟示波器波形显示原理只在竖直偏转板上只在竖直偏转板上加正弦电压的情形加正弦电压的情形只在水平偏只在水平偏转板上加一转板上加一锯齿波电压锯齿波电压的情形的情形示波器显示正弦波原理图示波器显示正弦波原理图第10页，讲稿共90张，创作于星期二 被测信号需经过触发系统，启动或触发水平扫描。水平扫描产生亮点在屏幕中水平移动的行为。触发水平被测信号需经过触发系统，启动或触发水平扫描。水平扫描产生亮点在屏幕中水平移动的行为。触发水平扫描后，亮点以水平时基为基准，依照特定的时间间隔从左到右移动。许多快速移动的亮点融合到一起，形成扫描后，亮点以水平时基为基准，依
26、照特定的时间间隔从左到右移动。许多快速移动的亮点融合到一起，形成实心的线条。实心的线条。水平扫描和垂直偏转共同作用，形成显示在屏幕上的信号图象。触发器能够实现稳定重复的信号，它确保水平扫描和垂直偏转共同作用，形成显示在屏幕上的信号图象。触发器能够实现稳定重复的信号，它确保扫描总是从重复信号的同一点开始，目的就是使呈现的图象清晰。参照图扫描总是从重复信号的同一点开始，目的就是使呈现的图象清晰。参照图1414。另外，模拟示波器有对聚焦和亮度的控制，可调节出锐利和清晰的显示结果。另外，模拟示波器有对聚焦和亮度的控制，可调节出锐利和清晰的显示结果。为显示为显示“实时实时”条件下或突发条件下快速变化的信
27、号，人们经常推荐使用模拟示波器。模拟示波器的显示部分基条件下或突发条件下快速变化的信号，人们经常推荐使用模拟示波器。模拟示波器的显示部分基于化学荧光物质，它具有亮度级这一特性。在信号出现越多的地方，轨迹就越亮。通过亮度级，仅观察轨迹的亮度就于化学荧光物质，它具有亮度级这一特性。在信号出现越多的地方，轨迹就越亮。通过亮度级，仅观察轨迹的亮度就能区别信号的细节。能区别信号的细节。数字示波器数字示波器 与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器（与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器（ADCADC）把被测电压转换为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值，）把被测电压转换为数字信息。它捕获的是波形的
28、一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后，数字示波器重构波形。（参看图并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后，数字示波器重构波形。（参看图1515。）。）数字示波器分为数字存储示波器（数字示波器分为数字存储示波器（DSODSO）、数字荧光示波器（）、数字荧光示波器（DPODPO）和采样示波器。）和采样示波器。数字的手段则意味着，在示波器的显示范围内，可以稳定、明亮和清晰地显示任何频率的波形。对重复的数字的手段则意味着，在示波器的显示范围内，可以稳定、明亮和清晰地显示任何频率的波形。对重复的信号而言，数字示波器的带宽是指示波器
29、的前端部件的模拟带宽，一般称之为信号而言，数字示波器的带宽是指示波器的前端部件的模拟带宽，一般称之为-3dB-3dB 点。对于单脉冲和瞬态事件，点。对于单脉冲和瞬态事件，例如脉冲和阶跃波，带宽局限于示波器采样率之内。例如脉冲和阶跃波，带宽局限于示波器采样率之内。第11页，讲稿共90张，创作于星期二数字存储示波器数字存储示波器 常规的数字示波器是数字存储示波器（常规的数字示波器是数字存储示波器（DSODSO）。它的显示部分更多基于光栅屏幕而不是基于荧光。）。它的显示部分更多基于光栅屏幕而不是基于荧光。数字存储示波器（数字存储示波器（DSODSO）便于捕获和显示那些可能只发生一次的事件，通常称为瞬
30、态现象。以数字形式表示波形信息，实）便于捕获和显示那些可能只发生一次的事件，通常称为瞬态现象。以数字形式表示波形信息，实际存储的是二进制序列。这样，利用示波器本身或外部计算机，方便进行分析、存档、打印和其他的处理。波形没有必要是际存储的是二进制序列。这样，利用示波器本身或外部计算机，方便进行分析、存档、打印和其他的处理。波形没有必要是连续的；即使信号已经消失，仍能够显示出来。与模拟示波器不同的是，数字存储示波器能够持久地保留信号，可以扩展波连续的；即使信号已经消失，仍能够显示出来。与模拟示波器不同的是，数字存储示波器能够持久地保留信号，可以扩展波形处理方式。然而，形处理方式。然而，DSODSO
31、没有实时的亮度级；因此，他们不能表示实际信号中不同的亮度等级。没有实时的亮度级；因此，他们不能表示实际信号中不同的亮度等级。组成组成DSODSO的一些子系统与模拟示波器的一些部分相似。但是，的一些子系统与模拟示波器的一些部分相似。但是，DSODSO包含更多的数据处理子系统，因此它包含更多的数据处理子系统，因此它能够收集显示整个波形的数据。从捕获信号到在屏幕上显示波形，能够收集显示整个波形的数据。从捕获信号到在屏幕上显示波形，DSODSO采用串行的处理体系结构，如图采用串行的处理体系结构，如图1616所示。随后所示。随后将对串行处理体系作讲解。将对串行处理体系作讲解。串行处理体系结构串行处理体系
32、结构 与模拟示波器一样，与模拟示波器一样，DSO DSO 第一部分（输入）是垂直放大器。在这一阶段，垂直控制系统方便调整幅度和位置范围。紧第一部分（输入）是垂直放大器。在这一阶段，垂直控制系统方便调整幅度和位置范围。紧接着，在水平系统的模数转换器（接着，在水平系统的模数转换器（ADCADC）部分，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，这些）部分，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，这些数字值称为采样点。该处理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定数字值称为采样点。该处理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定ADCADC采样的频度。该速率称为采样速采样的
33、频度。该速率称为采样速率，表示为样值每秒（率，表示为样值每秒（S/sS/s）。）。第12页，讲稿共90张，创作于星期二 来自来自ADCADC的采样点存储在捕获存储区内，叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点。波形点共的采样点存储在捕获存储区内，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。触发系统决定记录的起始和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。触发系统决定记录的起始和终止点。终止点。DSODSO信号通道中包括微处理器，被测信号在显示之前要通过微处理器处理。微处理器处理信号，调整显信号通道中包括
34、微处理器，被测信号在显示之前要通过微处理器处理。微处理器处理信号，调整显示运行，管理前面板调节装置，等等。信号通过显存，最后显示到示波器屏幕中。示运行，管理前面板调节装置，等等。信号通过显存，最后显示到示波器屏幕中。在示波器的能力范围之内，采样点会经过补充处理，显示效果得到增强。可以增加预触发，使之在示波器的能力范围之内，采样点会经过补充处理，显示效果得到增强。可以增加预触发，使之在触发点之前也能观察到结果。目前大多数数字示波器也提供自动参数测量，使测量过程得到简化。在触发点之前也能观察到结果。目前大多数数字示波器也提供自动参数测量，使测量过程得到简化。DSO DSO 提供高性能处理单脉冲信号
35、和多通道的能力（参看图提供高性能处理单脉冲信号和多通道的能力（参看图1717）。）。DSODSO是低重复率或者单脉冲、高速、多通是低重复率或者单脉冲、高速、多通道设计应用的完美工具。道设计应用的完美工具。图17.TDS694C 提供多通道同时的高速单次脉冲捕获，增加了对偶发毛刺和瞬态现象的捕获第13页，讲稿共90张，创作于星期二数字荧光示波器数字荧光示波器 数字荧光示波器（数字荧光示波器（DPODPO）为示波器系列增加了一种新的类型。）为示波器系列增加了一种新的类型。DPODPO的体系结构使之能提供独特的捕获和显示能力，加速重构信号。的体系结构使之能提供独特的捕获和显示能力，加速重构信号。DS
36、O DSO 使用串行处理的体系结构来捕获、显示和分析信号；相对而言，使用串行处理的体系结构来捕获、显示和分析信号；相对而言，DPODPO为完成这些功能采纳的是并行的体系结构，如图为完成这些功能采纳的是并行的体系结构，如图1818所示。所示。DPODPO采用采用ASICASIC硬件构架捕获波形图象，提供高速率的波形采集率，信号的可视化程度很高。它增加了证明数字系统中的瞬态事件的可能性。硬件构架捕获波形图象，提供高速率的波形采集率，信号的可视化程度很高。它增加了证明数字系统中的瞬态事件的可能性。并行处理体系结构并行处理体系结构 DPODPO的第一阶段（输入）与模拟示波器相似（垂直放大器），第二阶段
37、与的第一阶段（输入）与模拟示波器相似（垂直放大器），第二阶段与DSO DSO 相似（相似（ADCADC）。但是，在模数转换后，）。但是，在模数转换后，DPODPO与原与原来的示波器相比就有显著的不同之处。来的示波器相比就有显著的不同之处。对所有的示波器而言，包括模拟、对所有的示波器而言，包括模拟、DSODSO和和DPODPO示波器，都存在着释抑时间。在这段时间内，仪器处理最近捕获的数据，重置系统，等待下一触发示波器，都存在着释抑时间。在这段时间内，仪器处理最近捕获的数据，重置系统，等待下一触发事件的发生。在这段时间内，示波器对所有信号都是视而不见的。随着释抑时间的增加，对查看到低频度和低重复事
38、件的可能性就会降低。事件的发生。在这段时间内，示波器对所有信号都是视而不见的。随着释抑时间的增加，对查看到低频度和低重复事件的可能性就会降低。请注意，由显示的更新速率简单地推断采集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠显示更新速率，就确认示波器能采集到波形的所请注意，由显示的更新速率简单地推断采集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠显示更新速率，就确认示波器能采集到波形的所有相关信息，那么是很容易犯错误的，因为，实际上示波器并没有作到。有相关信息，那么是很容易犯错误的，因为，实际上示波器并没有作到。数字存储示波器串行处理采集到的波形。由于微处理器限制着波形的采集速率，所以微处理器是串行处理的瓶颈
39、。数字存储示波器串行处理采集到的波形。由于微处理器限制着波形的采集速率，所以微处理器是串行处理的瓶颈。DPODPO把数字化的波形数据进一步光栅化，存入荧光数据库中。每把数字化的波形数据进一步光栅化，存入荧光数据库中。每1/301/30秒，这大约是人类眼睛能够觉察到的最快速度，存储到数据库中的信号秒，这大约是人类眼睛能够觉察到的最快速度，存储到数据库中的信号图象直接送到显示系统。波形数据直接光栅化，以及直接把数据库数据拷贝到显存中，两者共同作用，改变了其他体系在数据处理方面的图象直接送到显示系统。波形数据直接光栅化，以及直接把数据库数据拷贝到显存中，两者共同作用，改变了其他体系在数据处理方面的瓶
40、颈。结果是增加了瓶颈。结果是增加了“使用时间使用时间”，增强显示更新能力。信号细节、间断事件和信号的动态特性都能实时采集。，增强显示更新能力。信号细节、间断事件和信号的动态特性都能实时采集。DPODPO微处理器与集成的捕获微处理器与集成的捕获系统一道并行工作，完成显示管理、自动测量和设备调节控制工作，同时，又不影响示波器的捕获速度。系统一道并行工作，完成显示管理、自动测量和设备调节控制工作，同时，又不影响示波器的捕获速度。第14页，讲稿共90张，创作于星期二 DPO DPO能如实地仿真模拟示波器最好的显示属性，并在三能如实地仿真模拟示波器最好的显示属性，并在三维显示信号：时间、幅度和以时间为参
41、变量的幅度变化，维显示信号：时间、幅度和以时间为参变量的幅度变化，三者都是实时的。三者都是实时的。模拟示波器依靠化学荧光物质，与此不同，模拟示波器依靠化学荧光物质，与此不同，DPODPO使用完使用完全的电子数字荧光，其实质是不断更新的数据库。全的电子数字荧光，其实质是不断更新的数据库。针对示波器显示屏幕的每一个点，数据库中都有独针对示波器显示屏幕的每一个点，数据库中都有独立的立的“单元（单元（cellcell）”。一旦采集到波形（即示波。一旦采集到波形（即示波器一触发），波形就映射到数字荧光数据库的单元器一触发），波形就映射到数字荧光数据库的单元组内。每一个单元代表着屏幕中的某位置。当波形组内
42、。每一个单元代表着屏幕中的某位置。当波形涉及到该单元，单元内部就加入亮度信息；没有涉涉及到该单元，单元内部就加入亮度信息；没有涉及到则不加入。因此，如果波形经常扫过的地方，及到则不加入。因此，如果波形经常扫过的地方，亮度信息在单元内会逐步累积。亮度信息在单元内会逐步累积。当数字荧光数据库传送到示波器的显示屏幕后，根据各点发生的信号频率的比例，显示屏展示加当数字荧光数据库传送到示波器的显示屏幕后，根据各点发生的信号频率的比例，显示屏展示加入亮度形式的波形区域，这与模拟示波器的亮度级特性非常类似。入亮度形式的波形区域，这与模拟示波器的亮度级特性非常类似。DPODPO也可以显示不断变化的发生频率的信
43、息，也可以显示不断变化的发生频率的信息，显示屏对不同的信息呈现不同的颜色，这一点与模拟示波器不同。利用显示屏对不同的信息呈现不同的颜色，这一点与模拟示波器不同。利用DPODPO，可以比较由不同触发器产生的波形之间的，可以比较由不同触发器产生的波形之间的异同，例如，比较某波形与第异同，例如，比较某波形与第100 100 号触发器产生波形的区别。号触发器产生波形的区别。数字荧光示波器（数字荧光示波器（DPODPO）突破模拟和数字示波器技术之间的障碍。它同时适合观察高频和低频信号、重复波形，以）突破模拟和数字示波器技术之间的障碍。它同时适合观察高频和低频信号、重复波形，以及实时的信号变化。只有及实时
44、的信号变化。只有DPO DPO 实时提供实时提供Z Z（亮度）轴，常规的（亮度）轴，常规的DSO DSO 已经丧失了这一功能。已经丧失了这一功能。对那些需要最好的通用设计和故障检测工具以适合大范围应用的人来说，对那些需要最好的通用设计和故障检测工具以适合大范围应用的人来说，DPODPO是一个理想工具。是一个理想工具。DPODPO典型应用有：通典型应用有：通信模板测试，中断信号的数字调试，重复的数字设计和定时应用。信模板测试，中断信号的数字调试，重复的数字设计和定时应用。第15页，讲稿共90张，创作于星期二数字采样示波器数字采样示波器 当测量高频信号时，示波器也许不能在一次扫描中采当测量高频信号
45、时，示波器也许不能在一次扫描中采集足够的样值。如果需要正确采集频率远远高于示波器采集足够的样值。如果需要正确采集频率远远高于示波器采样频率的信号，那么数字采样示波器是一个不错的选择样频率的信号，那么数字采样示波器是一个不错的选择（参看图（参看图2121）。这种示波器采集测量信号的能力要比其他类型）。这种示波器采集测量信号的能力要比其他类型的示波器高一个数量级。在测量的示波器高一个数量级。在测量重复信号时，它能达到的带宽以及高速定时都十倍于其他示波器。连续等效时间采样示波器能达到重复信号时，它能达到的带宽以及高速定时都十倍于其他示波器。连续等效时间采样示波器能达到50GHz 50GHz 的的带宽
46、。带宽。与数字存储和数字荧光示波器体系结构不同，在数字采样示波器的体系结构中，置换了衰减器与数字存储和数字荧光示波器体系结构不同，在数字采样示波器的体系结构中，置换了衰减器/放大器放大器于采样桥的位置，参照图于采样桥的位置，参照图2020。在衰减或放大之前对输入信号进行采样。由于采样门电路的作用，经过采样桥以后的。在衰减或放大之前对输入信号进行采样。由于采样门电路的作用，经过采样桥以后的信号的频率已经变低，因此可以采用低带宽放大器，其结果，整个仪器的带宽得到增加。信号的频率已经变低，因此可以采用低带宽放大器，其结果，整个仪器的带宽得到增加。然而，采样示波器带宽的增加带来的负面影响是动态范围的限
47、制。由于在采样门电路之前没有衰然而，采样示波器带宽的增加带来的负面影响是动态范围的限制。由于在采样门电路之前没有衰减器减器/放大器，所以不能对输入信号进行缩放。所有时刻的输入信号都不能超过采样桥满动态范围。因此，放大器，所以不能对输入信号进行缩放。所有时刻的输入信号都不能超过采样桥满动态范围。因此，大多数采样示波器的动态范围都限制在大多数采样示波器的动态范围都限制在1V 1V 的峰值的峰值-峰值。另一方面，数字存储和数字荧光示波器却能够处峰值。另一方面，数字存储和数字荧光示波器却能够处理理50 50 到到100 100 伏特的输入。伏特的输入。另外，采样桥的前面不能增加保护二极管，否则会限制带
48、宽。因此，采样示波器的安全输入电压另外，采样桥的前面不能增加保护二极管，否则会限制带宽。因此，采样示波器的安全输入电压大约只有大约只有3V3V，相对而言，其他示波器可以高达，相对而言，其他示波器可以高达500V500V。第16页，讲稿共90张，创作于星期二图22.示波器的前面板调节控制部分示波器的各个系统和控制示波器的各个系统和控制示波器的各个系统和控制示波器的各个系统和控制 示波器包含四个不同的基本系统：垂直系统、示波器包含四个不同的基本系统：垂直系统、水平系统、触发系统和显示系统。理解每一个系统的水平系统、触发系统和显示系统。理解每一个系统的含义，有助于您更有效地应用示波器，完成特定的测含
49、义，有助于您更有效地应用示波器，完成特定的测量任务。量任务。下面简要描述模拟和数字示波器的基本的系统和调下面简要描述模拟和数字示波器的基本的系统和调节控制。模拟和数字示波器的一些控制并不相同。节控制。模拟和数字示波器的一些控制并不相同。示波器的前面板分为三个主要的区域，标注为垂直示波器的前面板分为三个主要的区域，标注为垂直区、水平区和触发区。由于模式和类型（模拟或数字）区、水平区和触发区。由于模式和类型（模拟或数字）不同，您的示波器也许还有其他的区域。参看图不同，您的示波器也许还有其他的区域。参看图22，当使，当使用示波器时，为接收输入信号，需要对以下配置进行调整：用示波器时，为接收输入信号，
50、需要对以下配置进行调整：信号的衰减和放大值信号的衰减和放大值:通过控制伏特通过控制伏特/格，可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。格，可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。时基时基:通过控制秒通过控制秒/格，可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。格，可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。示波器触发示波器触发:利用触发电平，可以稳定重复信号，或者触发单一的事件。利用触发电平，可以稳定重复信号，或者触发单一的事件。垂直系统和控制垂直系统和控制 波形垂直的位置和标度由垂直控制部分调控。垂直控制还能设置耦合方式和其他的信号条件。通用垂直控制包括：波形垂直的位置和标度由垂直控制部分调控。垂直控制还能设置