【记录】示波器参数含义

发表于2021-02-17    类别: 技术(65)    标签: 记录(25) 硬件(3)

注:参考与整理自如下文章:
示波器参数理解
示波器指标参数

如下为示波器常用参数,其中带宽、采样率、存储深度是示波器的三大关键指标。

一、带宽

带宽是示波器最核心的参数,也是档次级的一个参数。简单的定义就是输入一个正弦波,保持幅度不变,增加信号频率,当示波器上显示的信号是实际信号幅度的70.7%(即3dB衰减)的时候,该频率就等于示波器带宽。

100MHz的带宽在测量100MHz的正弦波时,幅度会下降到原来的0.7,但是100Mhz带宽的示波器不能测100Mhz的方波,因为方波由基波和奇次谐波组成,5次以下的谐波对方波波形影响很大,所以要较好的看清楚方波,示波器带宽至少要比待测波形频率大5倍。 Picture

如上图,是一个理想的示波器带宽和幅度测量误差的曲线图。从中可以看出,当被测正弦波的频率等于示波器的带宽(示波器的放大器的响应是一阶高斯型)时,幅度测量误差大约30%。如果想测量正弦波的幅度误差只有3%,被测正弦波的频率要比示波器的带宽要低很多(大约是示波器的带宽的0.3倍)。由于大多数信号是比正弦波复杂的多,使用示波器测量信号的通用法则是(5倍法则):示波器的带宽是被测信号的频率的5倍,即示波器必须至少能够捕获五次谐波才能避免画面失真。如入门级的示波器带宽一般是100Mhz,它们可以准确地测量 20MHz 以内的正弦波信号

二、通道数

根据需求,一般示波器有双通道和四通道两种。对于总线测试,一般通道数要求较多,可采用工控机加信号采集板卡实现。通道参数主要涉及成本问题,通道数增加势必带来成本提升。

三、采样率

每秒采样多少个样点。根据香农定理,为了避免波形混叠,采样率应该大于波形频率的2倍。一般来说采样率是带宽的5倍即可,比如200M带宽的示波器,配1G采样率就可以了。追求更高的采样率无非为了抓小毛刺,但是这些高频毛刺在带宽层已经被滤掉了,更高的采样率并不能带来很好的收益。因此这个参数并没有给用户太多的选择。而相反过高的采样率,势必会对存储深度这个参数有所要求,1G 的采样率,即使只看 5ms 波形,也要求有 5M 的存储深度,否则示波器的采样率就会下降。

四、存储深度

表示示波器可以保存的采样点的个数。存储深度=采样率x采样时间。

存储深度通常用采样点数(pts)表示。假如存储深度是“1千万个采样点”,示波器厂商写作10Mpts,10MS或10M的都有。这里,pts可以理解为points的缩写,S理解为Samples的意思。最大存储深度由示波器的存储器容量决定,增加存储深度可通过外部存储器实现,存储深度越深越利于观察波形细节。提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率:当要测量较长时间的波形时,由于存储深度是固定的,所以只能降低采样率来达到,但这样势必造成波形质量的下降;如果增大存储深度,则可以以更高的采样率来测量,以获取不失真的波形。

如某示波器显示界面水平时间轴有10格,20ms/div,采样率50MS/s,则存储深度为50MS/s x 20x10ms = 10MS。

五、刷新频率

波形刷新率是示波器的一项重要指标,它和采样率一起直接体现了示波器抓取波形细节的能力,如果刷新频率慢,会导致捕获低概率异常信号的能力差。目前市场上主流示波器均超过10000wfms/s(典型值,刷新周期0.1ms)。示波器每次采集的模式如下图所示。 Picture

采集一次波形的时间分为两个部分。前面的时间为采样时间,受采样率和存储深度的影响;后面的时间为死区时间,用于处理器计算波形数据、显示、测量等等。两个部分共同决定了刷新率,所以对于长存储示波器必然比短存储示波器的刷新率要低,也说明了为了追求高刷新率,RUN时候的存储深度变低。

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