原创 模拟示波器与数字示波器差别

模拟示波器与数字示波器差别

示波器是观察波形的窗口，它让设计人员或维修人员详细看见电子波形，达到眼见为实的效果。因为人眼是最灵敏的视觉器官，可以明察秋毫之末，极为迅速地反映物体至大脑，作出比较和判断。因此，示波器亦誉为波形多用表。
    早期示波器只显示电压随时间的变化，作定性的观察。随后，改进的示波器具备定量的功能，测量幅度和时间，以及它们的变化情况。同时，为了记录和比较偶发事件，要借助照相机和示波管的长余辉效应。

    模拟示波器的频率特性由垂直放大器和阴极示波管来决定。八十年代示波器引入数字处理和微处理器，出现数字示波器，现在把模拟示波器称为模拟实时示波器（ART），数字示波器称为数字存储示波器（DSO）。

    ART需要与带宽相适应的放大器和阴极射线示波管，随着频率的提高，对阴极射线示波管的工艺要求严格，成本增加，存并瓶颈。DSO只要与带宽相适应的高速A/D转换器，其它存储器和D/A转换器以及显示器都是较低速成的部件，显示器可用LCD平面阵列和彩色屏幕。

    DSO采用微处理器作控制和数据处理，使DSO具有超前触发、组合触发、毛刺捕捉、波形处理、硬拷贝输出、软盘记录、长时间波形存储等ART所不具备的功能，目前DSO的带宽也超过1GHz，在许多方面都超过ART的性能。

    DSO也有不足之处，带宽取决于取样率，比较通用的取样率等于带宽的4倍。复现的波形靠内插算法补齐，波形会有失真；A/D转换速度快，但D/A转换速度慢，故波形更新率低，偶发信号会被遗漏；垂直分辨率一般用8位，显然较低；面板旋钮多，菜单复杂，使用不方便；没有亮度调制，观察不到三维图形；波形存储容量不够，无法对波形进行处理等等。

    目前DSO的不足之处已基本被克服，但是并非全部良好性能都体现在同一部示波器内，亦即每部DSO都会有一定特点，也有某些不足，在选择型号时应该留意对比。有些型号的DSO具有与ART一样的波形更新率，有些型号的DSO却没有，有一种DSO具有ART的荧光屏三维图形显示能力，而大部分DSO不具备这种性能。大部分DSO实时带宽与单次带宽相同，但也有只保证实时带宽的DSO。

    前述DSO都包含A/D转换器和微处理器。这样一来，在PC机增加插卡亦可构成DSO，但一般取样率较低，功能较少，价格也便宜。还有采用VXI总线的DSO模块，以及机架式的DSO插件。

    DSO的存储器是示波器部件中仅次于A/D转换器的元件，它保存被测信号的样品，供后续的D/A转换器把波形复原，现在存储容量可达到1M以上。

    普通DSO有8位垂直分辨率，即每次扫描有256个样品，需要256点的存储，相当256字节。如果提高分辨率，将水平轴扩大10倍，则相当20K字节；垂直轴亦扩大10倍，相当40K字节。由此可见，DSO最少应有2K字节，中等的DSO应有40K字节以上。如果要记录10倍上述的波形，则起码要400K字节以上。因此，存储容量大小很重要。

    反过来，存储容量也影响到扫描速度，例如每扫迹只有50K点的存储器，记录100μs数据，则取样间距是2ns，此时取样率相当500MS/s，以取样率等于4倍带宽计算，实时带宽等于125MHz。

显然,如果需要提高取样率至1000MS/s，则记录100μs的数据，需要100K点的存储器。

    为了存储一幅完整的图形，设图素是1024×512=0.5M位，四幅图形，要有2M位存储量。在FFT分析中也需要额外的存储量，将新的波形的分量与参考的波形或存储的波形作对比。为便于波形存储，有些DSO还提供软盘或硬盘作数据记录之用。

几个概念：

示波器带宽：定义为示波器能在屏幕上以不低于真实信号3dB幅度的显示信号的最高频率。即，示波器所显示的信号幅度为真实信号幅度的71%时的信号频率。

示波器显示的信号上升时间Tdisplay=((Trsignal)2+(Trscope)2)1/2

 采样速率：每秒采样的点数

示波器的上升时间Tr: 示波器理论上能够显示的最快瞬变时间，与带宽直接相关。 Tr(ns) = 350 / B MHz

模拟示波器是利用CRT进行波形的显示，输入信号通过控制CRT的偏转电场，控制电子束在荧光屏上扫描出信号的轨迹。信号在屏幕上显示的时间受限于荧光物质，最常用的荧光物质P31,其余辉显示时间约为1ms,而P7则为300ms左右。因此在测量高频数字信号的时候，将会由于信号频率太快，而来不及显示造成无法观测。

数字示波器则克服了上述弱点，通过将采集到的模拟信号储存后显示，极大地提高了示波器的显示范围，扩展了示波器的功能。