电子测量与仪器第四章时域测量_电子示波器2.ppt

* 什么是抗混叠技术? * 基于随机采样技术, 采用多AD, 可以构成实时高速采样. * AD: 积分式,比较式 * 循环存储: 串行方式依次寻址, 首尾相接. * 抽取，　内插; USB: usable storage bandwidth?. * 内插N：相当于把采样频率提高Ｎ倍． 4.6 数字存储示波器 数字示波器，又称数字存储示波器(DSO, Digital Storage Osilloscope)。 数字存贮示波器采用数字电路，将输入信号先经过A/D变换器，将模拟波形变换成数字信息，存贮于数字存贮器中。需要显示时，再从存贮器中读出，通过D/A变换器，将数字信息变换成模拟波形显示在示波管上，或是直接将数字信号显示于LCD屏上。 特点：A/D+RAM+D/A+CPU 优点：①存贮时间长；②能捕捉触发前的信号；③可与计算机相连接；④可分析复杂的单次瞬变信号。 仪器科学与工程系 一、数字示波器的组成原理:（不同时期的DSO） 1、模拟+数字存储示波器(早期) 输 入放大器 A/D RAM D/A 滤波 Y输出放大器 Y 输入 示波管 逻辑控制电路 同步放大 扫描发生器 扫描发生器 能在数字、模拟两种工作方式下工作。 在Y通道中插入数字元件A/D、RAM、D/A，X通道仍产生锯齿波。 功能、性能受限制，静电偏转示波管带宽有限。 2、单处理器数字示波器 (较早前) 能在数字、模拟两种工作方式下工作 取样门与保持 A/D I/O ui 被测信号 外 触发信号 内 D/A I/O D/A I/O X放大 Y放大 CRT X通道 Y通道 取样通道 RAM CPU ROM 其它命令 GPIB 组成：取样通道、X通道、Y通道、示波管、CPU、GPIB。CPU控制采样、存储、读出、显示等，信息通道总线交换。 控制部分：键盘+CPU+程序ROM。ROM内写有仪器的工作程序，通过键盘进行参数设定，测试等。 采样通道：模拟信号?A/D?数字信号存储于RAM。此过程受CPU控制。 读出显示：Y通道将RAM中的数字信号重新恢复成模拟信号；X通道产生阶梯扫描电压。X、Y通道同时加在示波管CRT上把波形沿水平方向展开。 RAM RAM 采样 显示 X通道 读出 采样脉冲 数字化 思考：如何确定采样频率fs？ 3、多处理器数字示波器 (较新) 提高采集速度、带宽，反混迭失真 ① 模拟通道：包括多个模拟通道，信号经衰减器、前置放大、S/H、后置放大器后送入A/D转换。前置放大器的信号同时送入触发选择器。 ② 采集处理器：示波器中使用随机-重复采样技术，采样处理器根据采样与触发的对应关系来确定数据在波形存储器中的位置，以便重构波形。 ③ 波形翻译器：专用的处理器。将数据点与时间值按时间顺序对应，翻译成与显示器Y、X相对应的水平像素位置。 CRT—D/A， 光栅，LCD—不需要D/A ④ 主微处理器：人机接口，软件操作系统，增强功能 按键接口 接口选择 模拟控制 CPU ROM RAM 微处理器总线 收发器 波 形存储器 波 形翻译器 视 频RAM 光栅扫描显示器 波形总线 采 集处理器 A/D 跟踪保持 衰减器 前置放大 后置放大 通道2 A/D 跟踪保持 衰减器 前置放大 后置放大 通道1 触发比较器 信号调整 触发选择 前置放大 外触发 电源信号 触发电平 HP54600 (三个处理器) LeCroy (USA) 3 测量与分析 数字处理器& 协处理器 操作系统 应用软件 RAM 4 存储 可存储软盘\IC存储卡及硬盘 连接到计算机\打印机的数据总线 2 显示 显示 显示处理器 1 采集 A B C 放大器 输入信号 采 集 处理器 触发器 突出了DSP及软件功能 二、信号采集处理技术 1、早期数字示波器的缺点 ① 屏幕更新率低. 更新率指每秒钟可以捕获波形的数目。单CPU示波器无法满足实时要求，存在死区时间。即信号经“A/D?存储?处理?D/A?显示”至下一次波形的采集会产生时间间隔。 提高更新率，400k幅的更新率 –数字实时存储示波器 ② 有混迭失真 造成混迭失真的原因是欠采样。采样定理 避免措施：提高采样速率；峰值检测，以峰值为基本采样点，加上其它采样点，则不会产生失真。 抗混叠技术 欠采样生成的混迭失真 2、采样方式 实时采样：满足采样定理，内插显示(4~5)BW，不内插10BW。 高速A/D及RAM价格比较高，对于重复信号，以较低的采样频率获得较高的采样带宽。 随机采样：每个周期采集一定数量的样点，经多个周期的样点恢复出波形。信号与采样时钟非同步，采样触发点与下一个采样点的时间间隔是随机的，信号为周期信号，每个周期的采样，等效为对“同一波形”的