3.4.3随机采样
随机采样也是一种等效时刻采样。它的采样点是在随机时刻收集的，与触发事情无关。这些采样点之间的时刻距离为一已知的时刻，由采样时钟确认。当示波器在等候触发事情时，A/D就在接连的进行采样，并存入FIFO.当一个触发事情到来时，时刻丈量电路就对触发脉冲到触发脉冲后榜首个采样脉冲之间的时刻距离进行丈量。因为采样距离是固定的，所以，示波器能得到相对方位固定的一组采样点。当榜首次收集的一切采样点存储完毕之后，就开端收集一组新的采样点，并等候新的触发事情。新触发事情到来今后，时刻丈量电路又进行新的时刻丈量，以此来摆放榜首组采样点和第二组采样点的相对方位，并按次序存入存储器。随机采样的原理图如图3-13.
次序采样与随机采样都归于等效时刻采样，在这两种取样办法下，示波器的带宽称为等效带宽。它们的共同之处是都只能观测周期信号。但一起它们也有很大的不同：1.次序采样的采样点与触发脉冲有△t的推迟时刻联系，而随机采样的采样点与触发脉冲无任何联系，彻底是随机的。2.次序采样触发后每个信号周期只要一个采样点，而随机采样每个信号周期能够获得一组采样点。在实践使用中，因为随机采样要核算摆点的方位，所以它填满一个完好的波形所花的时刻要比次序采样多一些，但随机采样比较于次序采样最大的长处在于能够供给预触发信息。
1.随机采样的完结
随机采样与实时采样的完结电路有所不同。实时采样的“＋”推迟触发计数器和“—”推迟触发计数器是经过DSP来设置计数值，而随机采样咱们是固定两个计数器的值为100，也便是说触发前和触发后各采100个点。随机采样的首要电路结构如图3-14.
首要，在每个写时钟（WCLK）检测DSP是否宣布FIFO写使能信号（FIFO_WE）。当DSP宣布写FIFO指令时，D触发器输出为“1”。一起，因为计数器POS_COUNT100初始时输出为“0”，所以经反相后输出为“1”，与D触发器的输出同作为与非门的输入，将FIFO写使能（FIFO_WEN）置为“0”。FIFO_WEN经反相后作为PRE_COUNT100的计数使能信号，计数器根据写时钟计数。当计满100个数后，Armed变为高电平，答应触发信号TR.等候触发过程中，FIFO写时钟等于FIFO读时钟。当触发脉冲到来时，FIFO读时钟无效，POS_COUNT100开端根据写时钟计数。计满100个数后POS_COUNT100输出变为“1”，使FIFO写使能无效，然后完毕一次触发一组数据的收集。
2.时刻丈量电路
要完结随机采样技能，其要害便是要准确丈量触发脉冲与触发脉冲后榜首个采样脉冲之间的△t，只要准确的丈量出这个△t才干摆正各次触发所收集的采样点在时刻轴上的时刻联系，然后保证正确的重现信号波形。
项目中，因为实时采样率为100MSPS，且触发脉冲和采样脉冲的出现在时刻轴上具有随机性，因而，两者间的时刻距离△t很小（0≤△t＜10nS),且为0至10nS区间的恣意值，难于对其进行直接的丈量和处理。间接丈量的办法有多种，选用模仿时刻扩展器丈量榜首采样脉冲与触发脉冲之间的随机时刻距离△t是一种可行的计划。咱们选用的模仿扩展电路是恒流源双积分时刻扩展电路，它将时刻距离△t线性扩大数倍（一般扩大倍率为250至500倍），构成计数时刻闸口，在闸口时刻内对规范时钟源T 0计数。然后根据计数成果确认△t的值。该功用单元的原理框图由图3-15所示。
本系统选用的恒流源双积分时刻扩展电路是使用两个恒流源对一个电容的快怠慢充电，来完结对时刻的展宽：在触发脉冲下降沿到来时进行放电，当榜首个采样脉冲上升沿到来时进行充电，且放电电流远大于充电电流，就能够完结时刻的展宽。图3-16为双斜率电容充电电路时刻展宽作业原理示意图。
由图知，
即双斜率积分时刻展宽电路的扩大倍数是放电电流与充电电流之比。而实践电路的充放电流具有非线性，特别对很小的时刻距离，非线性的影响就十分显着。别的充放电路输出的锯齿波，还要送到比较器以发生所需的计数时刻闸口，所以实践的扩大倍数小于理论核算出的扩大倍数。
若DSO的最小时刻分辨率tes =200ps，计数脉冲为To =10ns，则时刻扩大倍数是K:K= To/tes =50，因而双斜率积分时刻展宽电路的实践扩大倍数有必要大于50倍。在保证充放电线性的基础上进步扩大倍率明显有利于进步时刻丈量精度，扩大倍率的调理能够经过调理充电电流和放电电流的巨细完结，还可经过调理比较电压和%&&&&&%值来完结微调。
事实上，要让恒流源双积分时刻扩展电路要作业在线性区△t不能太小，而由上文剖析知道0≤△t＜10nS，且在[0，10nS）区间恣意取值，这就必定导致有时模仿扩展器不能正常作业。为了处理这一对立，咱们在△t上刺进一个稳定的时刻距离T0（T0 =10nS），这样△t +T0∈[10 nS，20nS）。经过处理后的时刻距离就能够保证时刻扩展器电路作业在线性区。完结电路如图3-17所示。
如图所示，TRI_EXP 模块首要完结△t＋10ns 的功用，其仿真图如图 3-18。
COUNT_TRI 模块首要完结对模仿展宽后脉冲的计数作业。其间，M_TRI_EXP为模仿电路送来的展宽后脉冲所构成的闸口信号，用它来作为计数使能操控。一起，用 100MHz 时钟来对它进行计数。TRI_COUNT[15..0]为展宽脉冲的计数值，计数完毕后将它送入 DSP，做为摆点的根据。
3.时刻扩展器的校准
因为模仿脉冲展宽电路是由一些别离元件规划的，作业状况易受温度等外界环境要素影响，展宽倍数也因而随时在改动，所以很难准确的核算其展宽倍数。为了消除K值的改变、比较电平的漂移带来的差错，所以引进校对技能：经过三次丈量，即先测To和2To的值，再测tx+To值进行核算处理。
（1）当t = T0时，扩展后得：NsT0=KT0-TH
计数值Ns=(KT0-TH）/TH （A）（其间，TH为无效扩展时刻）
（2）当t = 2T0时，扩展后得：NsT0=2KT0-TH
计数值Nr=(KT0-TH）/TH （B）
（3）当t=tx+T0时，扩展后得：NsT0=K(tx+T0)-TH
计数值Nx=[(K(tx+T0)-TH）]/TH（C）
将式（B）减去式（A），得Nr-Ns=K
将式（C）减去式（A），得Nx-Ns=Ktx/T0，并将上面的K值带入，得：
由上式可见，经过对扩展器的校对，彻底消除了恒流源和比较电平的改变对丈量成果的影响。以上电路能够方便地在FPGA中完结。
4.随机采样的显现
上面咱们现已介绍过本项目中在100ns/div-5ns/div的档位下选用随机采样技能，并且随机采样的时分，咱们的采样率固定为100MHz.咱们知道示波器时刻轴上共有10格，每格25个点。所以，当在5ns/div档位下的时分示波器的等效采样率最高，等于5GSPS（5ns/25 =0.2ns）。在详细完结随机显现的过程中，咱们选用抽点显现的办法，即在等效采样率最高的时分，采样足够多的点，然后每个档位依此抽点显现。随机采样时，各档位的等效采样率以及抽点个数如表3-2.
