深入了解示波器 初级 荧光的内容周期性地直接发送到 屏上,而不需要暂停捕获 处理器 显示 图18.数字荧光示波器的并行处理体系结构 数字荧光示波器 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。 数字荧光示波器(DP0)为示波器系列增加了一种新的类型。DPO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 系结构使之能提供独特的捕获和显示能力,加速重构信号。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。 DSO使用串行处理的体协结构来捕获、显示和分析信号:相对而言,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 DP为完成这些功能采纳的是并行的体系结构,如图18所示sDPO采采集速率,所以微处理器是串行处理的瓶颈 用ASC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DP把数字化的波形数据进步光栅化存入荧光数据库中。每130 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。随后秒,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 将对该并行处理体系结构进行阐述。 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 并行处理体系结构 的瓶颈。结果是增加了“使用时间”,增强显示更新能力。信号细节、 DPO的第一阶段(输入)与模拟示波器相似(垂直放大器)第二阶段间断事件和信号的动态特性都能实时采集。DPO微处理器与集成的捕 与Ds0相似(ADC)、但是,在模数转换后,DP0与原来的示波器相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, 比就有显著的不同之处 同时,又不影响示波器的捕获速度 对所有的示波器而言,包括模拟、DSO和DPO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 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件的可能性就 第16页,共85页
深入了解示波器 初级 图18. 数字荧光示波器的并行处理体系结构 数字荧光示波器 数字荧光示波器（DPO）为示波器系列增加了一种新的类型。DPO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。 DSO 使用串行处理的体协结构来捕获、显示和分析信号；相对而言， DPO为完成这些功能采纳的是并行的体系结构，如图18所示。DPO采 用ASIC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。随后 将对该并行处理体系结构进行阐述。 并行处理体系结构 DPO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 相似（ADC）。但是，在模数转换后，DPO与原来的示波器相 比就有显著的不同之处。 对所有的示波器而言，包括模拟、DSO和DPO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。 DPO把数字化的波形数据进一步光栅化，存入荧光数据库中。每1/30 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 的瓶颈。结果是增加了“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。DPO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。 第 16 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 DPO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、幅度和以时间为参变量的幅度变化,三者都是实时的。 模拟示波器依靠化学荧光物质,与此不同,DPO使用完全的电子数字 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 数据库中都有独立的“单元(Ce)”。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组内。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。 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。DPO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·图19.一些DPO能够在数秒之内捕获成百上干万的波形,有效地扩展了功 DPO,可以比较由不同触发器产生的波形之间的异同,例如,比较某能,例如捕获中断和难以捕获的事件应用,以及展示动态信号行为。 波形与第100号触发器产生波形的区别 数字荧光示波器(DPO)突破模拟和数字示波器技术之间的障碍。它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 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。只有说,DPO是一个理想工具。DPO典型应用有:通信模板测试,中断信 DPO实时提供Z(亮度)轴,常规的DSO已经丧失了这一功能 号的数字调试,重复的数字设计和定时应用 17页,共85页
深入了解示波器 初级 DPO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、幅度和以时间为参变量的幅度变化，三者都是实时的。 模拟示波器依靠化学荧光物质，与此不同，DPO使用完全的电子数字 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， 数据库中都有独立的“单元（cell）”。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组内。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。 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。DPO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 DPO，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 100 号触发器产生波形的区别。 数字荧光示波器（DPO）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 DPO 实时提供 Z（亮度）轴，常规的 DSO 已经丧失了这一功能。 图 19. 一些 DPO 能够在数秒之内捕获成百上千万的波形，有效地扩展了功 能，例如捕获中断和难以捕获的事件应用，以及展示动态信号行为。 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，DPO是一个理想工具。DPO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。 第 17 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 采样桥 (最大V) 人 图20.数字采样示波器的体系结构 数字采样示波器 企出 当测量高频信号时,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21)。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的带宽。 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,置换了衰减器放大器于采样桥的位置,参照图20。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 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·图21.TDS800数字采样示波器和80E0420GH采样模块的时域反射仪 (TDR)显示 在采样门电路之前没有衰减器/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,大多数另外,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 采样示波器的动态范围都限制在1V的峰值峰值。另一方面,数字存样示波器的安全输入电压大约只有3,相对而言,其他示波器可以高 储和数字荧光示波器却能够处理50到100伏特的输入 第18页,共85页
图20. 数字采样示波器的体系结构 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（参看图21）。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 的带宽。 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/放大器于采样桥的位置，参照图20。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。 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 / 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 1V 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理 50 到 100 伏特的输入。 图 21. TDS8000 数字采样示波器和 80E04 20-GHz 采样模块的时域反射仪 （TDR）显示 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3V，相对而言，其他示波器可以高 达 500V。 深入了解示波器 初级 第 18 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 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)不同,您的示波器也许还有其他 a的区域,参看图2,在阅读本小节过程中,看您能否在图中以及在 自己的示波器中找到前面板的各区域位置。当使用示波器时,为接纳 输入信号,需要对以下配置进行调整 信号的衰减和放大值。通过控制伏特/格,可以把信号的幅度调整到 d SCaLE p 期望测量范围内。 时基。通过控制秒格,可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量 VEATCA 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 o2)lma[ou)|mm(oa)事件 合 垂直系统和控制 SCAlE 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,具体内容在本节的后面部分有讲解。通用垂 图22示波器的前面板调节控制部分 端接设备 1M欧 50欧 示波器的各个系统和控制 耦合方式 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 DC直流 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C交流 特定的测量任务。请记住,示波器的每一个系统对精确地重构信号都大 GND地线 有裨益 ≯带宽限制 本小节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 20 MHZ 字示波器的一些控制并不相同:也许您的示波器还有其他的控制,但并 250 MHZ 没有在这里提及 全带宽 位置 ≯偏移 转置一开/关 标度 缩放
深入了解示波器 初级 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。理解每一个系统的含义，有助于您更有效地应用示波器，完成 特定的测量任务。请记住，示波器的每一个系统对精确地重构信号都大 有裨益。 本小节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；也许您的示波器还有其他的控制，但并 没有在这里提及。 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）不同，您的示波器也许还有其他 的区域。参看图22，在阅读本小节过程中，看看您能否在图中以及在 自己的示波器中找到前面板的各区域位置。当使用示波器时，为接纳 输入信号，需要对以下配置进行调整： 信号的衰减和放大值。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。 时基。通过控制秒/格，可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。 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。 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，具体内容在本节的后面部分有讲解。通用垂 直控制包括： 端接设备 1M 欧 50 欧 耦合方式 DC 直流 AC 交流 GND 地线 带宽限制 20 MHz 250 MHz 全带宽 位置 偏移 转置－开/关 标度 1-2-5 可变 缩放 第 19 页，共 85 页
深入了解示波器 初级 幅度为V正弦波与2VDC成分的DC耦合 同样的信号,采用AC耦合 UNd 图2.AC和DC输入耦合 位置和每刻度电压 输入耦合 垂直位置控制使您能按照需求准确地上下移动波形 耦合指的是一个电路与另外一个电路中的电信号的连接方式。既然这 调节每刻度电压值(通常记为osd,伏特格),那么显示波形大小样,那么输入耦合就指测试电路与示波器的连接。耦合方式可以设置 会随之改变。较好的通用示波器可以精确显示信号电平范围大概是从4为DC、AC或者地线。DC耦合会显示所有输入信号。而AC耦合去除 微伏到40伏特 号中的直流成分,结果是显示的波形始终以零电压为中心。图23图 解了两者的不同之处。当整个信号(振荡的电流+直接电流)大于伏 伏特/格是一个标度因数。假设分为八个主要的刻度格子,如果伏特/特/格的设置时,AC耦合非常适用。 格设置为5伏特,则八个垂直格中的每一个都表示5伏特,那么从下到 上整个屏幕可以显示40伏特。如果设置的是05伏特/格,那么从下到地线 上可以显示4伏特,依此类推。屏幕显示的最大电压是伏特/格乘上垂地线的设置不需要输入信号与垂直系统相连。观察地线,就可以知道 直刻度的数量。注意探头有1X或10X,它也影响标度因数。如果示波屏幕中零电压的位置。如果使用的是地线输入耦合和自动触发模式,那 器没有把伏特/格除以衰减系数,那么您自己应该留意 么屏幕中就有一条表示零电压值的水平线。测试信号电压相对地的电 通常,伏特|格有可变的增益控制或精密增益控制,使显示的信号标度平值的便捷方法为,把耦合从DC转换到地,再重新转换回DC 在数个合适的刻度内。利用这样的控制方式,方便对上升时间等的测 量 第20页,共85页
深入了解示波器 初级 图23. AC 和 DC 输入耦合 幅度为 Vp-p 正弦波与2V DC 成分的 DC耦合 同样的信号，采用AC耦合 位置和每刻度电压 垂直位置控制使您能按照需求准确地上下移动波形。 调节每刻度电压值（通常记为volts/div，伏特/格），那么显示波形大小 会随之改变。较好的通用示波器可以精确显示信号电平范围大概是从4 微伏到 40 伏特。 伏特 / 格是一个标度因数。假设分为八个主要的刻度格子，如果伏特/ 格设置为5伏特，则八个垂直格中的每一个都表示5伏特，那么从下到 上整个屏幕可以显示40伏特。如果设置的是0.5伏特/格，那么从下到 上可以显示4伏特，依此类推。屏幕显示的最大电压是伏特/格乘上垂 直刻度的数量。注意探头有1X或 10X，它也影响标度因数。如果示波 器没有把伏特 / 格除以衰减系数，那么您自己应该留意。 通常，伏特/格有可变的增益控制或精密增益控制，使显示的信号标度 在数个合适的刻度内。利用这样的控制方式，方便对上升时间等的测 量。 输入耦合 耦合指的是一个电路与另外一个电路中的电信号的连接方式。既然这 样，那么输入耦合就指测试电路与示波器的连接。耦合方式可以设置 为DC、AC或者地线。DC 耦合会显示所有输入信号。而AC 耦合去除 信号中的直流成分，结果是显示的波形始终以零电压为中心。图23图 解了两者的不同之处。当整个信号（振荡的电流＋直接电流）大于伏 特 / 格的设置时，AC 耦合非常适用。 地线 地线的设置不需要输入信号与垂直系统相连。观察地线，就可以知道 屏幕中零电压的位置。如果使用的是地线输入耦合和自动触发模式，那 么屏幕中就有一条表示零电压值的水平线。测试信号电压相对地的电 平值的便捷方法为，把耦合从 DC 转换到地，再重新转换回 DC。 第 20 页，共 85 页