【導(dǎo)讀】沒有什么是完美的，示波器也不例外。數(shù)字示波器一直有個(gè)廠家不愿提起的問題，恐怕很多老工程師也沒太注意，那就是波形死區(qū)。我們通過數(shù)字示波器無法觀察到波形流中所有波形，觀察到的或許還不到1%。面對(duì)示波器的波形死區(qū)，工程師們?cè)趺催x擇呢?
圖1 死區(qū)時(shí)間
數(shù)字示波器在工作時(shí)總會(huì)先采集數(shù)據(jù)，然后再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，有一點(diǎn)必須了解，那就是示波器數(shù)據(jù)取樣速度遠(yuǎn)快于數(shù)據(jù)處理速度，使得它不得不在數(shù)據(jù)處理期間停止取樣，這樣必然導(dǎo)致死區(qū)t2內(nèi)的所有波形因沒有采集而丟失，示波器的基本原理如圖2所示。
圖2 示波器原理
與示波器死區(qū)時(shí)間對(duì)應(yīng)的參數(shù)是示波器的波形刷新率，又叫波形捕獲率，示波器在特定時(shí)基本下的波形刷新率是可通過Trigger Out接口去測(cè)得，示波器的波形刷新率越高越好。
波形刷新率F = 1/（t1+t2） （wfms/s）
在特定時(shí)基檔位下，波形時(shí)間t1是確定的，那么波形刷新率越高，就意味著波形死區(qū)時(shí)間越短，漏掉的波形越少。例如對(duì)于T公司的MSO4054而言，它在時(shí)基為50ns/div時(shí)基下，波形刷新率可達(dá)到最高50kwfms/s，那么每秒的波形時(shí)間等于50*10*50000 = 25ms，死區(qū)時(shí)間為975ms，故而波形死區(qū)高達(dá)97.5%，用戶觀察到的有效波形僅占全部波形的2.5%。
圖3 50kwfms/s波形刷新率下觀察的波形信息
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ZLG的ZDS2022示波器同樣在50ns/div時(shí)基下，波形刷新率卻能達(dá)到330，000wfms/s，使每秒波形時(shí)間長(zhǎng)達(dá)231ms，約T公司MSO4054的9.24倍。用兩臺(tái)示波器觀察同一個(gè)信號(hào)，時(shí)基均調(diào)到200ns/div時(shí)，ZLG的ZDS2022能更短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常，但是MSO4054卻不能。
圖4 330，000wfms/s波形刷新率下觀察的波形信息
如今，仍然有許多工程師還繼續(xù)用模擬示波器，因?yàn)槟M示波器不會(huì)存在波形死區(qū)，卻也存在其他的不足，比如無法做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，無法記錄等，這也是模擬示波器用戶越來越少的原因。為了減少波形死區(qū)對(duì)信號(hào)分析的影響，建議在購買示波器時(shí)務(wù)必選擇高波形刷新率的示波器。
而很多示波器用戶無不關(guān)心示波器的刷新率指標(biāo)，近期我司FAE在與客戶交流時(shí)，很多客戶對(duì)ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的高刷新率很感興趣，這樣高的刷新率到底是怎樣做出來的呢？
什么是波形刷新率？
波形刷新率又叫波形捕獲率，指的是每秒鐘波形刷新的次數(shù)，表示為波形數(shù)每秒（wfms/s）。事實(shí)上，示波器從采集信號(hào)到屏幕上顯示出信號(hào)波形的過程，是由若干個(gè)捕獲周期組成的。一個(gè)捕獲周期包括采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間，模擬信號(hào)通過ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)同時(shí)存儲(chǔ)，整個(gè)采樣存儲(chǔ)過程的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。示波器必須對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量運(yùn)算顯示等處理，才能開始下一次的采樣，這段時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間內(nèi)，示波器并沒有進(jìn)行波形采集。一個(gè)捕獲周期完成就會(huì)進(jìn)入下一個(gè)捕獲周期。捕獲周期的倒數(shù)就是波形刷新率，如圖1.1中所示，波形刷新率=1/（Tacq+Tdeat）。
圖5 示波器采樣過程示意圖
影響波形刷新率的因素有哪些？
采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間
如圖5中所示，波形刷新率為Tacq（采樣時(shí)間）和Tdeat（死區(qū)時(shí)間）的倒數(shù)，其中采樣時(shí)間由示波器屏幕的采樣窗格決定，用水平時(shí)基檔位乘以水平方向格數(shù)，當(dāng)水平時(shí)基確定后，采樣時(shí)間就會(huì)固定。
而死區(qū)時(shí)間是由示波器的處理能力決定的，當(dāng)示波器對(duì)數(shù)據(jù)處理能力不足時(shí)，就會(huì)對(duì)采集的大數(shù)據(jù)不能及時(shí)進(jìn)行處理，死區(qū)時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)，刷新率就會(huì)降低;當(dāng)示波器對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力很強(qiáng)時(shí)，死區(qū)時(shí)間就會(huì)變短，相應(yīng)刷新率就會(huì)很高。因此死區(qū)時(shí)間是影響刷新率的重要因素。
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觸發(fā)釋抑時(shí)間
增大觸發(fā)釋抑時(shí)間相當(dāng)于變相地增加了死區(qū)時(shí)間，因?yàn)樵卺屢制陂g，觸發(fā)電路封閉，觸發(fā)功能暫停，即使有滿足觸發(fā)條件的信號(hào)波形示波器也不會(huì)觸發(fā)，所以也會(huì)影響刷新率。但觸發(fā)釋抑時(shí)間并非指死區(qū)時(shí)間。
當(dāng)對(duì)大周期重復(fù)波形進(jìn)行觸發(fā)時(shí)，由于波形中存在很多滿足觸發(fā)條件的波形點(diǎn)，導(dǎo)致觸發(fā)波形不穩(wěn)定，為了得到穩(wěn)定觸發(fā)的波形，我們可以設(shè)置觸發(fā)釋抑時(shí)間，使波形每次都在同一個(gè)點(diǎn)觸發(fā)，穩(wěn)定顯示觸發(fā)波形。如圖1.2中，可將釋抑時(shí)間設(shè)置為》200ns但《600ns的值。
圖6 觸發(fā)釋抑時(shí)間
該如何計(jì)算死區(qū)時(shí)間？
對(duì)刷新率有重要影響的死區(qū)時(shí)間是如何計(jì)算出來的呢？
當(dāng)捕捉一個(gè)脈寬在40ns~60ns的異常脈沖時(shí)，合適的水平時(shí)基檔位可設(shè)在50ns/格，此時(shí)ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的波形刷新率，意味著每次觸發(fā)采樣占用的總捕獲時(shí)間T=1s/330KHz=3.03us，則有效的采樣時(shí)間為50ns/divX14（ZDS2022示波器水平方向有14個(gè)格）=700ns。那么死區(qū)時(shí)間百分比為（3030-700）/3030=76.89%。
捕獲相同的異常脈沖，在相同時(shí)基檔位下，若T示波器具有50K幀/秒的刷新率，則就意味著每次觸發(fā)采樣占用的總時(shí)間為，T=1S/50KHz=20us，有效的采樣時(shí)間為50ns/divX10（該示波器水平方向有10個(gè)格）=500ns，則死區(qū)時(shí)間百分比為（20000-500）/20000=97.5%。
死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)，捕獲到偶發(fā)信號(hào)的概率就會(huì)越低，當(dāng)小概率異常波形出現(xiàn)在死區(qū)時(shí)間時(shí)，示波器就不會(huì)捕獲到該異常，對(duì)信號(hào)的調(diào)試會(huì)產(chǎn)生很大影響。
ZDS2022示波器如何能做到高刷新率
那么為什么ZDS2022示波器能夠做到高達(dá)33萬次幀/秒的刷新率呢？死區(qū)時(shí)間低至76.89%，比一般示波器97.5%的死區(qū)時(shí)間竟然低了21.13%！
圖7 波形合成器框圖
ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA進(jìn)行波形合成，都是全硬件加速處理;
ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA集成波形顯存，總線帶寬高，使數(shù)據(jù)處理時(shí)間大大減少，且采用了多線程并行處理的方式;
ZDS2022示波器的波形合成全都采用優(yōu)化算法進(jìn)行處理。
總結(jié)
示波器的刷新率直接決定了捕獲異常毛刺的能力，只有真正掌握了刷新率的本質(zhì)，才能正確認(rèn)識(shí)示波器的刷新率指標(biāo)，ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的刷新率，能快速捕獲波形異常，高效實(shí)用！說再多，也不如您親自測(cè)一測(cè)！
