数字示波器中增加记录长度的意义

数字示波器中增加长度的意义 仪量应用疃冒瞳国外电子?量拄木 数字示波器中增加记录长度的,IL义 陈尚松郭庆李长俊 (桂林电子工业学院电子系广西桂林541004) 摘要:在数字示波器(DSO)技术资料中常见到这样的公式:记录长度一采样速率× 扫速×10.但 对这个公式的来源和意义却未能进行较详细的解说,缺乏深入的认识.文中对这个 公式进行了讨 论,并指出现代DSO增长记录长度(即增加存储深度)的实际意义. 关键词:数字示波器记录长度存储深度示波器应用 AComprehensionoftheRecorderLengthofDSO ChenShangsongGuoQingLiChangjun (Dept,ofElectronicEngineering,GuilingUniversityofElectronicTechnogogy,Guilin541004,China) Abstract:Inthetechnicaldatum,itiscommonlytonoteaformulaas:recorderlength— sampling rate×scanspeed× 10.Nevertheless,itcannotgiveaparticulardefinitionoftheoriginandmeaning oftheformulaaswellasadeeplyunderstand.Inthispaper,theformulaisdiscussedandthemean— ingofincreasingrecorderlengthofDSO(meansincreasingofmemorydepth)ismadeclear. Keywords:DigitalStorageoscilloscope,recorderlength,memorydepth,theapplicationofDSO. 0引言 在电子测量与仪器或数字存储示波器(Digital StorageOscilloscope,本文用缩写DSO,简称数字示 波器)的技术资料中常见到这样的公式: 记录长度一采样速率×扫速×10(1) 但对这个公式(1)的来源和意义却未能进行 较详细的解说,缺乏深入的认识.需要对这个公 式展开深入的讨论,切磋对数字示波器技术性能 的理解. l公式(1)的来源 1.1公式(1)中参数的说明 记录长度——即存储深度,取决于采样存储器 的容量.DSO要求用高速写入的存储器,容量大则 非常昂贵,故早期DSo容量都较小.该容量在 DSo中用能够连续存人的采样点数目或最大字节 数示,单位以pts(样点)或kB(kByte)表示. 采样速率——通常指DSO进行A/D转换的最 高速率,可以通过调节时钟频率来改变采样速率,单 位以MSa/s或MS/s(兆次/秒)表示.采样速率又 称作数字化速率,也有用采样频率来描述的,如 20MHz 扫速——指示波器显示的水平方向(X轴)每格 所代表的时间值,以s/div,ms/div,tts/div,ns/div, ps/div表示.沿用模拟示波器的传统习惯,数字化 示波器也以1-2-5分档步进方式进行调节,也能进 行细调. 10——指示波器显示屏水平方向的长度,通常 为1Odiv(格). 根据上述参数的含义,公式(1)可以对应地改写 为: L(pts)一(MS/s)×S(S/div)×10(div)(2) 1.2公式(1)的来源 公式(1)是早期DSO为保证显示屏幕水平时间 分辨率进行的依据.通常屏幕水平宽度是10 格(div),典型要求应有500个采样点,这与21万像 素的显示屏幕相对应(576×368—211968像素,水 平方向有500以上像素点),每格有50个像素(相当 每毫米有5个像素点,故分辨力足够高).为在应用 中保证这个时间分辨率,就得根据所选的扫速来改 变采样速率.例如,当选用lms/div扫速,就应提供 50MS/s的采样速率(采样间隔为20ns).因为这样 正好保证了有500个采样点(10ms/20ns=500). 即:500点一50MS/s×1ms/div×1Odiv 如果采样速率太低,采样点太少则保证不了时 曼堡璺兰量一技克/2I丽互 匣国画 国井电子一量技术仪器应用 间分辨率;如果采样速率太高,采样点太多又会溢出 采样存储器. 因此,早期DSo改变扫速则要联动改变采样速 率(实际上是改变A/D转换速度,即改变控制A/D 工作的时钟频率),基本上维持(1)式的平衡.故(1) 式是早期DSO设计与应用的依据. 2维持公式(1)的缺点 维持(1)式的平衡这种设计方法存在两个缺点: (1)记录长度太短,不能完整记录一个较复杂的 信号.只以一个显示窗口设计记录长度,采样点有 500,1000点也就够了,但仅500,1000个采样点 是难以显示一个较复杂波形的.否则水平方向分辨 率很差,丢失波形中一些信息.因此,若增加记录长 度,能存储更多的采样点,则可以提高水平分辨率, 使DSO显示的波形与实际波形更接近. (2)不便同时观测快慢信号.只以一个显示窗 口设计记录长度,在观测一个含有快慢信号的波形 时,例如图1所示的一行电视信号时,若以慢信号行 频调整扫速,可以看到一行完整的信号,但看不清楚 其中电视信号的波形;若以其中快变的电视信号调 整扫速,则又看不到一行完整的信号. 3增加记录长度的优点 研究(1)式可以发现,只要左边大于右边,即记 录长度长,每次采集存储的样点多,一次就能记录下 一 个复杂的波形,这样右边扫速较大范围改变时,采 样速率可以保持不变,克服了上述两个缺点.因此, 采样率 1GSis (500MS/s) l00MSis 现代DSO都把增加记录长度(即提高存储深度)作 为一项重要改进措施.当今电子技术的发展很快, 可以设计生产出超快,超长的采集存储器,使现代 DSO记录长度多达48M采样点,保证了高的采样 率和对复杂波形的捕获. A扫描 B扫描 图1一行电视信号的观测 图2给出了几种不同DSO的扫速,采样速率和 记录长度的关系曲线.从图中可以看出,一台最高 采样率为1GS/s,记录长度为1Kpts的DSO,当扫 速提高到100/,s/cm时,实际采样率已降到1MS/s (A点)!而另一台最高采样速率100MS/s,记录长 度1Mpts的DSO,在同样扫速下,仍然保持在 100MS/s采样速率(B点).还有一台5OOMS/s最 高采样速率,120Kpts记录长度的DSO,在相同扫 速下,采样速率大于100MS/S(C点). 从图2曲线关系可得出结论:记录长度大的DSO, 扫速在较大范围调节时,采样速率不必跟着变化. 图2扫速,取样率和记录长度的关系曲线 一 仪罨应用匣冒瞳 睡井电于舅量技术 b信号,大大提高了DSO的性能. 曼璺宴子?|蕉真厂2I顽辱ii丽