数字示波器和数字化仪异曲同工和互为补充(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表时间:2007-06-30 人气:1

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LCD屏和磁偏转阴极射线示波管以电视的速率驱动，复合信号包括全部标志、菜单文本、图形和波形。因而，波形至格子的相对准确度不受显示器件线性度的影响。

格子线的绝对准确度可能有误差，但是信号会准确定位在每条格子线上。相反地，模拟示波器的静电偏转阴极射线管的格子是腐蚀在玻璃上的，因此，任何偏转放大器或阴极射线管的非线性都会增加总的增益误差。

大多数民妇只有8位分辨率，少数DSO提供10或12位。例如对于生物医学信号，由于含有未知的偏移电压，采用10或12位系统的较大动态范围是有好处的。如果复杂信号要求垂直放大以便检验微细的部分，也需要更高的分辨率。

更高分辨率可由平均方式来获得，这种方式的根据是大量无机噪声出现在处理过程中，产生典型的均方根关系，例如采集信号16次可使信号分辨率改善4倍。

一种更可靠的办法是加入定量的特别加权噪声来扰动ADC输入。在每次取样过程中，ADC输入从实际输入信号值偏移一点点，扰动的偏移量、方向和分布是预置的，以便保证扰动过程的平均高分辨率数据不会产生频谱失真。

带来的问题是扰动使ADC的峰一峰值范围降低，其幅值与扰动信号值相等。因为分辨率的改善程度与扰动信号和求平均的样本数成正比，所以能够实现的改进有一定限制。

数字化仪

数字化仪的输出数据进行分析可发现趋势、异常、参数分布、以及最大最小值。数字化仪的设计着重信号的可信度、数据传输率或通道数，对某些应用会特别适用。数字化仪设有显示部分。

示波器与数字化仪的用途是不同的，示波器是最有用的寻找故障工具，通常用于研发环境。利用示波器可观察实时信号和确定被测器件的性能表现。波形数字化仪在问题已经知晓和需要更多的特殊信息时起更大的作用。

数字化仪和ADC的基础是ADC。对较慢的甚高分辨率的应用，Σ-Δ转换器可提供20位以主的分辨率，即1ppm。当然，噪声和放大器非线性会迅速降低性能至16位以下，即使这样，16位分辨率也比8位分辨率的示波器高出256倍。

典型的20MS/s数字化仪具有0.5%基本精度，68dB共模抑制比（CMRR）。12位分辨率。相对地，有代表性的100MHz、8位DSO的通道隔离指标是在0-20MfZ时大于40dB，精度是1.5%。

数字化仪采用有限带宽滤波器，输入时最适于时域或频域使用。使用突变的带通产带阻滤波器，例如切比雪夫滤波器非常有效地减少混叠，但在时域引人振铃。

在频域内与滤波器有关的误差可修正，从而获得精确的频谱。突变较慢的贝塞尔滤波器在时域具有好得多的信号特性，无需修正，但不能完全抑制混叠。

示波器作为数字化仪使用

最快的示波器和数字化仪通常都采用并行的闪速转换器和8位的分辨率。8位或256级数字化足够表达一个比较平滑和容易了解的波形显示。因此，为何不用DSO作为数字化仪，特别对于高速信号，两种仪器都难以获得8位以上的分辨率。

事实上，这样做的结果是满意的，但是也有例外。示波器是非连续采集仪器而数字化仪可以不是那样。示波器捕获信号后再捕获更多信号之前要有地方放置数据，除非采用类似电视帧速率的连续波形采集把数据存人像素映像。这样的采集和等效显示率很高，但数据格式使进一步的外部分析数据量非常巨大。

除上述特殊处理外，示波器只能以很低速度连续采集和显示信号。数字化仪可获得连续的100MS/s或更高的吞吐率，只受存储器总线速度的限制。例如一种PCI总线的数字化插卡，数据传输率达到100MB/s，PCI总线可工作至66MS/s（132MB/s）。

示波器的吞吐率受较慢、低的I/O能力的数据处理速度的限制。速度较慢的数字化仪和数据记录器可将数据直接写人硬盘，存档几GB的数据，而示波器一般最高只有16MB。如果从另一方面看数据传输率，许多应用只需要捕捉偶发性数据，但这些突发信号可能很接近。这时快速地传输数据记录就十分重要，这类信号有高重复脉冲频率（PRF）的扫描雷达、时间分辨的超声声纳、飞行时间的质谱仪、以及核子计数等应用。 (

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