100MHz 数字存储示波表样机的研究与试制----原理与主要指标

1.1数字存储示波器概述

示波器是电子测量中一种最常用的仪器，它能够直观的显示被测信号的时域信息。当前，数字示波器正逐渐取代模拟示波器成为主流的示波器产品。它在显示方式、数据处理、波形保持和存储等方面都不同于模拟示波器。随着大规模集成电路技术、信号分析处理技术的发展，特别是在微型机算计引入到示波器后，示波器无论在设计、性能、功能、使用、操作还是在故障诊断上都取得了巨大的进步。

早期的模拟示波器通常由垂直偏转系统、水平偏转系统和显示电路等部分组成。它的缺点是只能观测周期信号。对于非周期性的单次瞬变信号的观测，用模拟示波器是非常困难的，有时甚至是不可能的。同时，模拟示波器还存在着一些无法克服的缺陷。例如，信号带宽受到阴极射线管的限制而不可能太高，不能存储波形，预触发功能难以实现等等。而数字示波器的许多优点在近几年得到了迅速发展。诸如，观察低频信号时具有存储记忆功能，从而实现超低频扫描；利用数字滤波技术进行波形处理，准确观测原始信号波形；利用CPU或DSP的强大的数据处理能力，进行参数分析，提高测试速度和精度；远距离传输测量的数据，共享数据，从而实现自动测试系统。数字示波器凭借以上种种优点并随着其价格的不断降低，正逐渐成为测试领域的新宠。

目前来看，国外数字示波器仍然是市场上的主流产品。其中美国TEK公司的示波器一直处于领先地位，被世界公认为示波器的权威。近来TEK推出的TDS系列示波器具有独特的确保高信号保真度的获取结构，能够利用最先进的触发系统，提供快速瞬态信号或重复信号的多通道获取，并进行先进的波形处理然后送去显示。TDS2012示波器具有100MHz的带宽，1GS/s等效采样率，记录长度可达2.5K.除TEK公司外，安捷伦、力科也都是生产数字示波器的著名厂家。他们所研制的产品各有各的优势。例如，力科公司的数字示波器不仅能够自动测试32种参数，而且，它的存储长度很长，而长的存储深度可以提供高的分辨率。另外，力科独有的存储管理系统，配合其先进的峰值检测电路，使得整个波形在单一屏幕显示，即可即时找出毛刺及干扰的所在，确保在任何扫描速度工作都能够保持较高的采样率。

1.2数字存储示波器的原理与特点

数字存储示波器（DSO）基于取样定理，利用A/D转换技术和数字存储技术，能迅速捕捉瞬变信号并长期保存。它首先对模拟信号进行高速采样获得相应的数据并存储，存储器中贮存的采样数据送入数字信号处理器（DSP）进行相关的处理与运算，从而获得所需的各种信号参数。最后，它根据所得到的信号参数在液晶上重建信号波形，并可对被测信号进行实时的、瞬态的分析，以便用户了解信号质量，快速准确地进行故障的诊断。数字存储示波器不仅可以观测周期性重复信号，而且也能够观测非周期的单次的或随机的信号。这是因为数字存储示波器可以采用实时采样。与传统的模拟示波器相比，数字存储示波器具有许多优点，主要表现在：

1.多通道单次信号捕获：一个DSO能够同时在多个通道上捕捉象电源开、关或故障发生这样的单次瞬态事件。

2.波形处理：由于DSO内部使用一个微处理器，它能够在所获得的波形上完成幅度和时间参数以及波形运算等功能，加上选件能够完成更复杂的数学运算，如积分、倒数、指数、对数、平均、数字滤波、极值、FFT等。

3.数据存储：DSO带有非易失性的波形存储器，它们能够提供与DSO兼容的存储卡或软盘。示波器也能够容易地与许多绘图仪和打印机相连来进行高质量的硬拷贝。

4.更多的触发功能：DSO也能够提供许多模拟示波器所没有的触发能力。例如：当故障发生时，它能够触发并且能够观察引起故障触发前的过程。

5.自动测试：数字存储示波器能够提供自动测试功能，简化了使用者的操作，使仪器具有智能化。

1.3数字存储示波表国内外的发展状况

手持式数字存储示波表是将台式或便携式数字存储示波器设计成掌上型、内置电池供电的形式，它不但完全继承传统的数字存储示波器的所有测量功能和技术性能，而且具备如下特点而备受市场欢迎：

●结构坚固，运行可靠，携带方便，轻巧耐用；

●数字电压表和示波表测量功能，频谱分析功能；

●适应无电力电源的野外、移动场合、窄小场地的作业区使用

目前，高性能手持示波表技术上居领先地位的是美国Tektronix公司和FLUKE公司。FLUKE的手持示波器有两类：一类基于随机采样技术，典型产品有FLUKE123；另一类基于实时采样技术，其典型产品有：FLUKE190系列。上述产品虽然技术实现途径不同，但都将多种功能集合到一台手