原创 DS 5000系列数字存储示波器在通信实验教学中的应用

DS 5000系列数字存储示波器在通信实验教学中的应用

数字存储示波器采用了采样量化技术及计算机技术，这个融合带来了极高的时间测量准确度和较高的幅度测量准确度,也带来了丰富多彩的分析、处理和触发功能。本文将介绍DS 5000系列数字存储示波器的技术特性，并结合本校的通信原理实验教学详述该系列的具体功能。

DS 5000系列的技术特点

        DS 5000系列数字示波器实现了易用性、优异的技术指标及众多功能特性的完美结合，可帮助用户更快地完成工作任务。

        DS 5000系列向用户提供简单而功能清晰的前面板，以进行所有的基本操作。为加速调整，便于测量，用户可直接按“AUTO”键，立即获得适合的波形显现和挡位设置。

        易于使用之外，DS 5000系列还具有更快完成测量任务所需要的高性能指标和强大功能。通过1GS/s的实时采样和50GS/s的等效采样，可观察到更快的信号。强大的触发和分析能力使其易于捕获和分析波形。清晰的液晶显示和数学运算功能，便于用户更快更清晰地观察和分析信号。

DS 5000系列在通信原理实验教学中的应用

        本文以PCM编解码单路多路实验和DPSK调制、解调实验的一部分为例说明DS 5000系列数字存储示波器在数字通信原理实验教学中的应用。

PCM编解码单路多路实验

        1）进行波形观察和数据测量

        DS 5000系列数字示波器具有强大的波形显示自动设置和自动测量功能。

        以前本实验使用模拟示波器手动调节测时钟部分P1晶振波形和P2位定时波形，而用频率计测量P1晶振频率和P2位定时频率，使用DS 5000系列可以同时记录波形和频率，使得实验操作更为方便，同时也节省了实验仪器，如图1所示。

图1  同时记录波形和频率

        同上，可测出多路编码的取样脉冲P3和多路编码的信令时隙P12的波形及频率，观察得P3和P12相位差为180°，如图2所示。

图2  取样脉冲和信令时隙的波形及频率

        从图1和图2可以看出，DS5000系列的采样系统操作简便，可以使观察波形效果更理想。DS 5000系列还可以测量电压参数，图3就是测量同步测试信号电压幅度的例子。

图3  同步测试信号电压幅度的测试

        综上所述，DS 5000系列可以作为示波器、频率计和电压计同时使用，既方便操作，又可节省实验设置。

2）延迟扫描功能

        延迟扫描是用来放大一段波形，以便查看图像细节，令细节的调节更为方便。PCM单路编译码实验中信号采样部分需要调节W1使得单路工作取样脉冲P3有两个对准同步测试信号P7正弦波峰顶，另外两个对准正弦波信号过零点。在这一过程中使用示波器的延迟扫描功能可使得调节更方便、更精确，如图4所示。

图4  延迟扫描功能

3）REF功能

        在记录编码值的过程中，用DS 5000系列观察相关波形时，可以利用其REF功能将其中一个信号输入通道的波形记录下来作为参考通道的数据源，把波形和参考波形进行比较，从而既可比较数据波形，也便于观察和记录波形。现以1、0交替变换的码型波形作为参考波形观察P9的输出8位PCM编码值，如图5所示。

（a）

（b）

图5  REF功能

4）时域放大及单次信号的捕捉

        方便地捕捉脉冲、毛刺等非周期性信号是DS 5000的优势。可以利用这一特点，把触发方式设置为单次，在单次触发下，用户按一次“RUN/STOP”，示波器等待触发，当示波器检测到一次触发时，采样并显示一次波形，之后就停止采样。这样，我们便可以观察到清晰的编码码型，较模拟示波器方便许多。

        在PCM多路编、译码实验中，观察静态时多路PCM编码输出波形，P3和P9周期和相位同步（图6中CH1为P9，CH2为P3），P9两个窄脉冲之间就是PCM基群的一帧时间。

图6  静态时多路PCM编码输出波形

        把示波器的扫描频率转至较高的位置，此时可以清楚的看到窄脉冲里面还有8位码元，这就是帧里面的一个时隙。静态时为0、1交替码，其他时隙未用处于高阻状态。DS 5000系列可以清楚的展现这一情况，如图7所示。

图7  静态时多路PCM编码输出波形（扫描频率高）

        观察有信号输入时多路PCM编码输出波形时，P9编码输出波形立即变为上下两条斜线交替。如图8所示，产生上下两条线就表明已经编了码，看不到码元变化是由于信号每次取样值都不一样，其编码码型不同，在示波器显示同一位置，有时为“1”码，有时为“0”码，如果使用模拟示波器观察，由于示波器平均余辉作用，现在我们只能观察到两条线。

图8  有信号输入时多路PCM编码的输出波形

        再次利用DS 5000系列的单次触发方式，可观察到如图9所示的有信号时多路PCM编码输出波形，这是模拟示波器所不能比拟的。

图9  单次触发方式有信号输入时多路PCM编码的输出波形

DPSK调制、解调实验中的眼图实验

        CH1接P7，CH2接P16，示波器同步触发选CH2，可以看到如图10所示的眼图。

图10  DPSK调制、解调实验中的眼图

        利用DS 5000系列的光标测量功能可以方便、精确地测出眼图的各个参数，从而算出眼图的指标。光标测量模式允许用户通过移动光标进行测量，分为手动、追踪和自动测量三种模式。

        在眼图测量中，我们选择手动方式，光标类型选为时间光标可测量眼图的TS（如图11所示）和ΔT。

图11  眼图中TS的测量

        光标类型设定为电压光标，则可以测量眼图的U1、U2和ΔU。

结论

        由于实验室配备了DS 5000系列数字存储示波器，对其表现出来的优异性能深有感触。首先是其便携性和高可靠性。DS 5000不仅容易携带，而且对电网变化、一般振动和敲打都具有很大的容忍度。其次是其易用性。对于不熟悉示波器的人，简捷的中文界面和按键设置在很短时间内就能让用户操作自如。最后是其较高的测量精度，实际使用发现仪器的表现优于指标。