数字示波器原理(数字示波器原理介绍)

一般来说，我们可以从实时示波器、采样示波器等仪器中观察到眼图，因此可以按照数字示波器中的眼图实现 *** 来构造眼图形成框架，以便利用现有知识，通过改变或改进电路原理来实现眼图设计。数字示波器主要包括信号调理电路、采集存储电路、触发电路、软件处理和显示部分。其基本电路框图如下所示。

数字示波器基本电路框图

根据数字示波器的原理框图可以知道，模拟信号首先要经过信号调理电路，对模拟信号进行适当的衰减或放大，才能理想地将信号输入ADC进行模数转换。经调节的信号被发送到ADC，ADC由控制器控制以对信号进行采样，并且经调节的信号可以被发送到触发电路。ADC转换的信号是数字信号，存储在存储器中。然后，用软件对数据进行处理，如用正弦插值算法进行波形重构。重构的波形可以进行各种参数测量、信号运算和分析，最终结果可以直接显示在屏幕上。参考架构如下图所示:

数字示波器参考资源 *** 考试系统结构

通过以上对数字示波器的分析，很多因素都会影响数字示波器的测试精度。在实际操作中，需要把握好各个指标的含义。数字示波器的指标如下:

(1)更大采样率的定义:单位时间内完成AD转换的更高次数。更大采样率主要由AD转换器的更高转换速率决定。更大采样率越高，仪器捕捉信号的能力越强。(2)存储带宽存储带宽与采样率密切相关。根据采样定理，如果采样率大于或等于信号更高频率分量的2倍，则可以再现原始信号波形。实际上，在实时数字存储示波器的设计中，为了保证较小的显示分辨率，往往要求增加更多的采样点，一般一个周期取4~10个点。(3)分辨率分辨率分辨率用于反映存储信号波形细节的综合特征。它包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率对应于AD转换器的分辨率，水平分辨率由存储器的容量决定。(4)存储容量存储容量又称记录长度，用于记录一帧波形数据所占用的存储容量。存储容量和水平分辨率在数值上是相反的。存储容量越大，水平分辨率越高。

实时示波器

实时示波器，有时被称为“单次触发”示波器，在每个触发事件捕捉一个完整的波形。也就是说，它在连续记录中捕获大量数据点。为了更好地理解这种类型的数据采集，我们假设实时示波器是一个极快的模数转换器(ADC)，其中采样率决定采样间隔，存储器深度决定要显示的点数。为了捕捉任何波形，ADC的采样速率要明显快于输入波形的频率，至少要满足采样定理。

在实时示波器中，信号的触发功能可以根据数据本身的特性来实现，触发通常发生在输入波形的幅度达到特定阈值时。此时，示波器开始以异步速率(与输入波形的数据速率无关)将模拟波形转换为数字数据点。这个转换速率就是采样速率，它通常来自内部时钟信号。示波器对输入波形的幅度进行采样，将幅度值存储在存储器中，然后继续下一次采样。触发器的主要工作是为输入数据提供一个水平时间参考点。具体的数据采集原理如下图所示:

实时示波器波形采集原理

根据实时示波器的原理，我们可以知道，实时示波器的采样率主要是由ADC的采样率决定的。在满足采样准则的情况下，ADC的采样率理论上至少是信号更高频率的2倍，但实际中一般在3~5倍以上，这样采集的数据才不会出现混叠。实时示波器可以用来观察眼图。这些“实时”或“单次”眼图可以通过使用软件恢复时钟或用户提供的外部显式时钟来构建。实时示波器根据恢复时钟周期的间隔划分单个长捕获波形，并叠加这些位以重新创建眼图。

取样示波器

采样示波器，即等效时间采样的 *** ，通过获取重复信号不同周期的采样点来重构重复信号的波形。它只测量采样瞬时波形的瞬时幅度，从而提高示波器的时间分辨率。与实时示波器不同的是，采样示波器在一个触发中只对输入信号采样一次，下一个触发会增加一个小的延迟，所以采样会在优优资源网之后进行。为了填充一个完整的波形记录，需要多个触发器。测量带宽由采样器的频率响应决定，测量带宽可以很高。采样示波器的触发和后续采样与实时示波器明显不同。最重要的是，采样示波器需要一个明确的触发器来执行操作，并且该触发器需要与输入数据同步。显式触发通常由用户提供，但有时也可以使用硬件时钟恢复模块来获得触发。采样过程是:一个触发事件启动之一次采样，然后示波器重新调整并等待下一个触发事件。重新调整时间约为25秒。下一个触发事件启动第二次采样，并在采样第二个数据点之前增加最小增量延迟。增量延迟时间由时基设置和采样点数量决定。采样示波器的原理如下图所示，重复这个过程直到获得完整的波形。

等效时间采样示波器原理

采样示波器也可以查看眼图。眼模式需要同步时钟信号来触发。在每个触发事件中(允许重新调整时间)，示波器对数据进行采样，并在整个屏幕上显示1和0的所有可能组合的结果。全速率时钟和分数速率时钟可以用于触发，但是如果模式长度是时钟分频比的偶数倍，则眼图将丢失一些组合并变得不完整。另外，如果以数据作为自身的触发条件，眼图可以完整显示，但示波器只能由数据模式的上升沿触发。为了进行准确的眼图测量，应避免这种情况，并尽可能使用时钟信号。下图是眼图的触发过程。

采样示波器眼图的触发过程