数字存储示波器简介

一、什么叫数字存储

所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来储存信号。它有以下特点：

• 可以显示大量的预触发信息
• 可以通过使用光标和不使用光标的方法进行全自动测量。
• 可以长期存储波形
• 可以将波形传送到计算机进行储存或供进一步的分析之用。
• 可以在打印机或绘图仪上制作硬考贝以供编制文件之用。
• 可以把新采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较。
• 可以按通过/不通过的原则进行判断。
• 波形信息可以用数学方法进行处理。

二、数字存储示波器的原理

    数字存储示波器是用数字电路来完成存储功能的，因此称“Digital storage oscilloscope”简称DSO。在DSO中在输入信号接头和示波器CRT之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在CRT上获得之前先要存储到存储器中去。它用A/D变换器将模拟波形转换成数字信号，然后存储在存储器RAM中，需要时再将RAM中存储的内容调出，通过相应的D/A变换器，再将数字信号恢复为模拟量，显示在示波管的屏幕上。在数字存储示波器中，信号处理功能和信号显示功能是分开的，其性能指标完全取决于进行信号处理的A/D、D/A变换器RAM。我们在示波器的屏幕上看到的波形总是有所采集到的数据重建的波形，而不是输入连接端上所加信号的立即的、连续的波形显示。

三、采样和数字化

    实现数字存储首先要获取输入电压的采样值。这是通过采样及保持电路来完成的。采样值送往模/数变换器（ADC）， ADC测量此采样电压值，并用数字的“字”的形式表示出来。这个过程称为数字化。

    模/数变换器（ADC）围绕一组比较器而构成，每个比较器都检查输入采样电压是高于或低于其参考电压。如果高于参考电压，则该比较器输出为有效，反之为无效。各比较器的参考电压彼此略有不同。这些参考电压都是用一个电阻链从一个基准源而得来的。对于某一个采样电压值来说，若干个比较器输出为有效，其余的比较器输出为无效。接着ADC中的编码变换器就把该采样电压值变为一个“数字”，并将其送往数字存储器。这种类形的ADC称为闪速式(flash) 模/数变换器,因为它能在“一闪”间把一个模拟输入电压变换为一个“数字”。除此之外还可以使用其它的模/数变换器，其模/数变换器是有几部动作来完成的。但是其缺点是完成一个采样的变换所需时间较长。

1、模/数变换器垂直分辨率

    ADC通过把采样电压和许多参考电压进行比较来确定采样电压的幅度。构成ADC所用的比较器越多，其电阻链越长，ADC可以识别的电压层次也越多。这个特性称为垂直分辩率。垂直分辩率越高，则示波器上的波形中可以看到的信号细节越小。垂直分辩率用比特来表示。垂直分辩率就是构成输出的字的总比特数（即数字输出字的长度大小）。这样ADC可以识别并进行编码的电压层次数可以用下式来计算：层次数=2比特数。多数示波器使用8比特的模/数变换器。所以能够按28=256个不同的电压层次来表示信号电平。这样就能够提供足够的细节以便严究信号和进行测量。在这种垂直分辩率下，可以显示的最小信号步进值大约和CRT屏幕上的光点的直径大小相同。代表采样电压值的一个ADC输出字包含8个比特，并称为一个字节。

    在现实当中，增加垂直分辩率的限制因素之一是成本问题。在制造ADC时，输出字每多增加一个比特，就需要将所用的比较器数增加一倍并使用更大的编码变换器。这样一来就使得ADC电路在电路板上占据大一倍的芯片空间，并消耗多一倍的功率，这又将进一步影响周围电路。结果增加垂直分辩率又带来了价格的提升。

2、时基和水平的分辨率

    在数字存储示波器中，水平系统作用是确保对输入信号采集足够数量的采样值，并且每个采样值取自正确的时刻。和模拟示波器一样，水平偏转的速度取决于时基的设置。

    构成一个波形的一组全部的采样叫做一个记录。用一个记录可以重建一个或多个屏幕的波形。一个示波器可以储存的采样点数称为记录长度或采集长度。记录长度用字节或千字节来表示。1千字节（1KB）等于1024个采样点。通常示波器沿着水平轴显示512采样点。为了便于使用，这些采样点以每格50个采样点的水平分辨率来进行显示。这就是说水平轴的长为512/50=10。24格。据此，两个采样之间的时间间隔可按下式计算：

采样间隔=时基设置（S/格）/采样点数

    通常示波器可以显示的采样点数是固定的。时基设置的改变是通过改变采样速率来实现的。因此一台特定的示波器所给出的采样