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本帖最后由 scan0123 于 2012-8-13 14:48 编辑
得益于电子技术的发展,在国外三巨头垄断的示波器领域,国产示波器也如雨后春笋般涌现出来,优秀国产示波器的代表:鼎阳(siglent)科技和北京普源精电,如今得到了长足的发展,但由于信号传输的链路瓶颈以及IC封锁,夹缝中生长的国产示波器注定暂时只能走低端路线,这导 随着信号频率的增加,示波器对信号的准确显示能力将下降。如果没有足够的带宽,示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽,得到的关于信号的所有特性,响铃和振鸣等都毫无意义。本规格指出示波器所能准确测量的频率范围。每位工程师都足够重视带宽对测量的影响,所以大家都遵循测量的五倍法则:示波器所需带宽=被测信号的最高信号频率*5,使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过+/-2%,对大多的操作来说已经足够。 关于采样率,指数字示波器对信号采样的频率,类似于电影摄影机中的帧的概念。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就越高,重要信息和事件丢失的概率就越小,信号重建时也就越真实。采样率又分为实时采样率跟等效采样率,我们平常所说的采样率是指实时采样率,这是因为实时采样率可以用来实时地捕获非周期异常信号,而等效采样率则只能用于采集周期性的稳定信号。 存储深度虽然也作为重要指标之一,但在衡量示波器时候却往往忽略它的重要性,一直以来都把它作为一个“次要”指标看待,并不是很清楚大的存储深度对于测量有什么影响,再加上有些示波器厂家对“存储深度”的误导,同时存储深度跟采样率的隐藏关联关系,导致存储深度处于一个形同虚设的指标,为了纠正这些误解,下面跟大家一起探讨什么是存储深度?大的存储深度对测量有什么影响? 何谓存储深度 存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度,可以计算出所要求的存储深度,也称记录长度。 并不是有些国内
由于DSO的水平刻度分为12格,每格的所代表的时间长度即为时基(timebase),单位是s/div,所以采样时间= timebase × 12. 由存储关系式知道:提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率,当要测量较长时间的波形时,由于存储深度是固定的,所以只能降低采样率来达到,但这样势必造成波形质量的下降;如果增大存储深度,则可以以更高的采样率来测量,以获取不失真的波形。 下图曲线揭示了采样率、存储深度、采样时间三者的关系及存储深度对示波器实际采样率的影响。比如,当时基选择10us/div档位时,整个示波器窗口的采样时间是10us/div * 12格=120us,在1Mpts的存储深度下,当前的实际采样率为:1M÷120us︽8.3GS/s,如果存储深度只有250K,那当前的
[/hide] 在DSO中,通过快速傅立叶变换(FFT)可以得到信号的频谱,进而在频域对一个信号进行分析。如电源谐波的测量需要用FFT来观察频谱,在高速串行数据的测量中也经常用FFT来分析导致系统失效的噪声和干扰。对于FFT运算来说,示波器可用的采集内存的总量将决定可以观察信号成分的最大范围(奈奎斯特频率),同时存储深度也决定了频率分辨率△f。如果奈奎斯特频率为500 MHz,分辨率为10 kHz,考虑一下确定观察窗的长度和采集缓冲区的大小。若要获得10kHz 的分辨率,则采集时间至少为: T = 1/△f = 1/10 kHz = 100 ms,对于具有100kB 存储器的数字示波器,可以分析的最高频率为: △ f × N/2 = 10 kHz × 100kB/2 = 500MHz。对于DSO来说,长存储能产生更好的 FFT结果,既增加了频率分辨率又提高了信号对噪声的比率。 一句话,长存储起到一个总览全局又细节呈现的的效果,存储深度决定了DSO同时分析高频和低频现象的能力,包括低速信号的高频噪声和高速信号的低频调制。 |
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“存储深度”是个翻译过来的词语,英文叫“Record Length”。有的将它翻译成“存储长度”,“记录长度”,等。它表示示波器可以保存的采样点的个数。存储深度是“1千万个采样点”,示波器厂商写作10Mpts,10MS或10M的都有。这里,pts可以理解为points的缩写,S理解为Samples的意思。
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存储深度表现在物理介质上其实是某种存储器的容量,存储器英文就是“Memory”。该存储器容量的大小也就是“存储深度”。存储器保存满了,达到存储深度的极限之后怎么办? 我们可以将示波器的存储器理解为环形存储器。示波器不断采样得到新的采样点会填充进来,老的采样点会自动地溢出,这样周而复始的过程直到示波器被“触发信号”“叫停”或者间隔一定长的时间被强迫“叫停”为止。“叫停”一次,示波器就将存储器中保存的这些采样点“搬移”到示波器的屏幕上显示。这两次“搬移”之间等待的时间相对于采样的时间极其漫长,被称为“死区时间”。
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早期的示波器包括现在的高带宽示波器使用的存储器都是示波器厂商自己设计的专用芯片,甚至一度存储器芯片和ADC芯片之间的配合是A公司(后来叫K公司)的一个技术瓶颈。在若干年之前,K公司的所有示波器在存储深度达到每通道2Mpts采样点之后,采样率会自动降低到4GS/s,直到2006年(好象是这个年份,也许更晚点),当年的A公司收购了某芯片公司才解决这个技术瓶颈。现在K公司的低带宽示波器的所有系列中,存储深度指标一直不能突破每通道2Mpts,我猜想它可能采用的还是老款芯片。
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对于高端示波器,存储器芯片一直是核心技术,对于里面的技术细节笔者知之甚少。示波器中的ADC速率太快,普通的存储介质根本来不及在这么短的时间内“吞吐”那么大量的数据量。
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最大存储深度,当前设置的最大存储深度,存储深度的叠加使用,可显示的存储深度,可分析存储深度,每台示波器标配的最大存储深度和加了选件之后的最大存储深度可能不一样。 每台示波器的最大存储深度受到物理介质限制。 已经购买的示波器最大存储深度需要在菜单中设置。示波器厂商为了追求操作体验,出厂默认的存储深度往往并不是这台示波器可达到的最大存储深度。
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一旦设置好当前的最大存储深度之后,调节水平时基,随着采样时间的增加,示波器的存储深度会自动增加,这个过程中采样率保持不变; 存储深度随采样时间增加到当前设置的最大存储深度后,如果继续增加采样时间,采样率会自动下降,存储深度保持不变。但是,有些情况下,因为采样率和采样时间的步进是在固定的若干个档位下跳变,并不是连续细调的,两者相乘不一定和最大存储深度的数值相同,这时候示波器可能会自动调整当前的采样率或存储深度,使得它们三者满足乘积关系。
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存储深度与存储容量相当,又称记录长度,用记录一帧波形数据占有的存储容量来表示,大的存储深度方便分析因果关系或者持续很长时间的事件。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。但存储容量并非越大越好,由于仪器最高取样速率的限制,若存储容量选取不恰当,往往会因时间窗口缩短而失去信号的重要成分,或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低。
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数字示波器存储深度:存储深度是同样是比较重要的技术指标,数字示波器所能存储的采样点多少的量度。如果需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的内存以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度,可以计算出所要求的存储深度,也称记录长度。
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对于DSO(数字示波器),其最大存储深度是一定的,但是在实际测试中所使用的存储长度却是可变的。 在存储深度一定的情况下,存储速度越快,存储时间就越短,他们之间是一个反比关系。同时采样率跟时基(timebase)是一个联动的关系,也就是调节时基档位越小采样率越高。存储速度等效于采样率,存储时间等效于采样时间,采样时间由示波器的显示窗口所代表的时间决定,所以;存储深度=采样率 × 采样时间(距离 = 速度×时间)
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由于DSO的水平刻度分为12格,每格的所代表的时间长度即为时基 (timebase),单位是s/div,所以采样时间= timebase × 12. 由存储关系式知道:提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率,当要测量较长时间的波形时,由于存储深度是固定的,所以只能降低采样率来达到,但这样势必造成波形质量的下降;如果增大存储深度,则可以以更高的采样率来测量,以获取不失真的波形。比如,当时基选择10us/div文件位时,整个示波器窗口的采样时间是10us/div * 12格=120us,在1Mpts的存储深度下,当前的实际采样率为:1M÷120us︽8.3GS/s,如果存储深度只有250K,那当前的实际采样率就只要2.0GS/s了!
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1、对于相同的波形波形采样时长而言,大的存储深度就意味着更高的采样率,你所捕获到的兴趣波形也就样本点数更多,波形显示也会更加的细腻;
2、同样的,对于相同的采样率而言,大的存储深度能够满足你观测更长时间的波形,从而更不容易错过那些容易错过的异常信号。 |
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提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率:当要测量较长时间的波形时,由于存储深度是固定的,所以只能降低采样率来达到,但这样势必造成波形质量的下降;如果增大存储深度,则可以以更高的采样率来测量,以获取不失真的波形。
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