數字存儲示波器簡介（一）

一、什么叫數字存儲

所謂數字存儲就是在示波器中以數字編碼的形式來儲存信號。它有以下特點：

• 可以顯示大量的預觸發信息

• 可以通過使用光標和不使用光標的方法進行全自動測量。

• 可以長期存儲波形

• 可以將波形傳送到計算機進行儲存或供進一步的分析之用。

• 可以在打印機或繪圖儀上制作硬考貝以供編制文件之用。

• 可以把新采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進行比較。

• 可以按通過/不通過的原則進行判斷。

• 波形信息可以用數學方法進行處理。

二、數字存儲示波器的原理

    數字存儲示波器是用數字電路來完成存儲功能的，因此稱“Digital storage oscilloscope”簡稱DSO。在DSO中在輸入信號接頭和示波器CRT之間的電路不只是僅有模擬電路。輸入信號的波形在CRT上獲得之前先要存儲到存儲器中去。它用A/D變換器將模擬波形轉換成數字信號，然后存儲在存儲器RAM中，需要時再將RAM中存儲的內容調出，通過相應的D/A變換器，再將數字信號恢復為模擬量，顯示在示波管的屏幕上。在數字存儲示波器中，信號處理功能和信號顯示功能是分開的，其性能指標完全取決于進行信號處理的A/D、D/A變換器RAM。我們在示波器的屏幕上看到的波形總是有所采集到的數據重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的立即的、連續的波形顯示。

三、采樣和數字化

    實現數字存儲首先要獲取輸入電壓的采樣值。這是通過采樣及保持電路來完成的。采樣值送往模/數變換器（ADC）， ADC測量此采樣電壓值，并用數字的“字”的形式表示出來。這個過程稱為數字化。

    模/數變換器（ADC）圍繞一組比較器而構成，每個比較器都檢查輸入采樣電壓是高于或低于其參考電壓。如果高于參考電壓，則該比較器輸出為有效，反之為無效。各比較器的參考電壓彼此略有不同。這些參考電壓都是用一個電阻鏈從一個基準源而得來的。對于某一個采樣電壓值來說，若干個比較器輸出為有效，其余的比較器輸出為無效。接著ADC中的編碼變換器就把該采樣電壓值變為一個“數字”，并將其送往數字存儲器。這種類形的ADC稱為閃速式(flash) 模/數變換器,因為它能在“一閃”間把一個模擬輸入電壓變換為一個“數字”。除此之外還可以使用其它的模/數變換器，其模/數變換器是有幾部動作來完成的。但是其缺點是完成一個采樣的變換所需時間較長。

1、模/數變換器垂直分辨率

    ADC通過把采樣電壓和許多參考電壓進行比較來確定采樣電壓的幅度。構成ADC所用的比較器越多，其電阻鏈越長，ADC可以識別的電壓層次也越多。這個特性稱為垂直分辯率。垂直分辯率越高，則示波器上的波形中可以看到的信號細節越小。垂直分辯率用比特來表示。垂直分辯率就是構成輸出的字的總比特數（即數字輸出字的長度大小）。這樣ADC可以識別并進行編碼的電壓層次數可以用下式來計算：層次數=2比特數。多數示波器使用8比特的模/數變換器。所以能夠按28=256個不同的電壓層次來表示信號電平。這樣就能夠提供足夠的細節以便嚴究信號和進行測量。在這種垂直分辯率下，可以顯示的最小信號步進值大約和CRT屏幕上的光點的直徑大小相同。代表采樣電壓值的一個ADC輸出字包含8個比特，并稱為一個字節。

    在現實當中，增加垂直分辯率的限制因素之一是成本問題。在制造ADC時，輸出字每多增加一個比特，就需要將所用的比較器數增加一倍并使用更大的編碼變換器。這樣一來就使得ADC電路在電路板上占據大一倍的芯片空間，并消耗多一倍的功率，這又將進一步影響周圍電路。結果增加垂直分辯率又帶來了價格的提升。