數字示波器使用必須注意的問題

　　前言
 

　　數字示波器因具有波形觸發、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等*優點，其使用日益普及。由于數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，會產生較大的測量誤差，從而影響測試任務。
 

　　區分模擬帶寬和數字實時帶寬
 

　　帶寬是示波器zui重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數字示波器的帶寬有模擬帶寬和數字實時帶寬兩種。數字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術所能達到的zui高帶寬為示波器的數字實時帶寬，數字實時帶寬與zui高數字化頻率和波形重建技術因子K相關（數字實時帶寬=zui高數字化速率/K），一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數字實時帶寬則同時適合重復信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達到多少兆，實際上指的是模擬帶寬，數字實時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實際上是指其模擬帶寬為500MHz，而zui高數字實時帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考數字示波器的數字實時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。
 

　　有關采樣速率
 

　　采樣速率也稱為數字化速率，是指單位時間內，對模擬輸入信號的采樣次數，常以MS/s表示。采樣速率是數字示波器的一項重要指標。
 

　　1.如果采樣速率不夠，容易出現混迭現象
 

　　如果示波器的輸人信號為一個100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因為示波器的采樣速率太慢，產生了混迭現象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號的實際頻率，或者即使示波器上的觸發指示燈已經亮了，而顯示的波形仍不穩定。混迭的產生如圖1所示。那么，對于一個未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經產生混迭呢？可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時基檔，看波形的頻率參數是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經發生；或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩定下來，也說明波形混迭已經發生。根據奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會發生混迭，如一個500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發生：
 

　　·調整掃速；
 

　　·采用自動設置（Autoset）；
 

　　·試著將收集方式切換到包絡方式或峰值檢測方式，因為包絡方式是在多個收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個收集記錄中尋找zui大zui小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。
 

　　·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因為這種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。
 

　　2.采樣速率與t/div的關系
 

　　每臺數字示波器的zui大采樣速率是一個定值。但是，在任意一個掃描時間t/div，采樣速率fs由下式給出：
 

　　fs=N/（t/div）　N為每格采樣點
 

　　當采樣點數N為一定值時，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據：
 

　　表1掃速與采樣速率
 

　　t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25
 

　　綜上所述，使用數字示波器時，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。
 

　　數字示波器的上升時間
 

　　在模擬示波器中，上升時間是示波器的一項極其重要的指標。而在數字示波器中，上升時間甚至都不作為指標明確給出。由于數字示波器測量方法的原因，以致于自動測量出的上升時間不僅與采樣點的位置相關，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點中間，這時上升時間為數字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點，則同樣的波形，上升時間為數字化間隔的1.6倍。另外，上升時間還與掃速有關，下面是TDS520B測量同一波形時的一組掃速與上升時間的數據：
 

　　表2掃速與上升時間
 

　　t/div（ms）502010521tr（μs）800320160803216
 

　　由上面這組數據可以看出，雖然波形的上升時間是一個定值，而用數字示波器測量出來的結果卻因為掃速不同而相差甚遠。模擬示波器的上升時間與掃速無關，而數字示波器的上升時間不僅與掃速有關，還與采樣點的位置有關，使用數字示波器時，我們不能象用模擬示波器那樣，根據測出的時間來反推出信號的上升時間。