浅谈数字示波器的死区时间问题

随着科学技术的发展，数字示波器越来越先进，波形刷新率已经成为了数字示波器仅次于带宽、采样率、存储深度之后的第四大技术指标。说到波形刷新率的意义就是和死区时间息息相关了。

死区时间是数字示波器与生俱来的一个缺陷，目前阶段是无法消除的，只能够尽力减小。不同于模拟示波器采用电子束直接打在荧光屏上的显示模式，数字示波器是一个典型的“前端数据采集+后端数字信号处理”系统。这样的系统都有这样一个特点:前端数据采集系统ADC的输出数据吞吐量比后端数字信号处理系统的处理能力大很多，这就意味着后端无法“实时”处理前端输出的数据，从而形成“死区”时间。例如:SIGLENT（深圳市鼎阳科技有限公司）最新的数字示波器SDS2000系列的ADC采样率为2GSa/S，即每秒输出2G个数据，但后续数字信号处理器每秒处理、显示波形的能力只能达到几百兆点每秒，也就是说处理器1秒只能够处理采集到的几百兆个点，剩下的数据都被丢弃，被丢弃的这些数据就是死区时间。

如图一所示，

图一

图中显示了一个波形捕获周期也就是信号一个周期的示意图。捕获周期长度由有效捕获时间和死区时间组成。在有效捕获时间内，数字示波器按照用户设定的采样率进行捕获，并将其写入RAM中。死区时间可分为固定死区时间和变动死区时间两部分。固定死区时间具体取决于当前数字示波器自身的情况，如FPGA/DSP等芯片的计算速率以及算法构架等。变动死区时间则取决于处理ADC采集到的数据所需的时间，它与设定的存储深度(记录长度)、时基、采样率以及所选后处理功能(例如，插值、数学函数、测量和分析)多少都有直接关系，所以这部分的死区时间是变动的。

在数字示波器的众多参数中对死区时间的影响最大的就是波形刷新率。顾名思义，波形刷新率指的就是数字示波器单位时间能够显示波形的数量。下面给出一个计算死区时间的公式：

死区时间%=[100×(1－波形刷新率×时基×水平格数)]%

如此便可得到一台数字示波器真正能够捕获到信号的有效时间为：

有效时间%=100%－死区时间%

有了这个公式，我们就能够进行一个大致的计算，以SIGLENT（深圳市鼎阳科技有限公司）最新的SDS2000系列超级荧光示波器为例，该产品目前波形刷新率能够达到110,000wfm/s。他们屏幕水平格数为14格，假如当我们设定时基为50us时刷新率达到最大，由此计算死区时间为77%，也就是说有效时间为23%。

而传统的数字示波器的波形刷新率最高也就能做到2000左右，我们同样以SIGLENT的SDS1000L系列为例，波形刷新率2000，时基50us,水平格数为18格，得出死区时间：98.2%

有效时间仅仅为1.8%。由此可看出SDS2000系列的高刷新率数字示波器在捕获信号方面的能力比SDS1000L系列强出很多。

但是由于变动死区时间的存在，不同时基下刷新率不一样，存储深度也不一样，所以具体的死区时间还需进一步详细分析计算。

图二是一张用SIGLENT研发的SDS2000系列在异常信号捕获上的实例图，理论上来说数字示波器波形捕获率越高，则捕获到异常信号的速度越快、成功率越高，但是并不一定说数字示波器波形捕获率高就一定能捕获到异常信号，捕获率低就一定捕获不到异常信号。

朋友们，为什么捕获率高却不一定能捕获到异常信号呢？

图二