功用完好的数字电子示波器
电子示波器是试验室、工厂和现场的工程人员广泛运用的仪器，事实上电子示波器也是通过电子测验丈量仪器类中，销量最大和出售金额最高的产品。在30年代末至40年代初，受电视广播和雷达测距迅速开展的商场驱动，模仿电子示波器根本定型，划分为笔直扩大、横向扫描、触发同步和示波管(CRT)显现的四大部分。模仿电子示波器的实时带宽在70年代到达1000MHz的顶峰，跟着数字技能和集成电路的呈现，以真空管和宽带扩大电路为主导的模仿电子示波器，从80年代开端逐渐由数字电子示波器所替代。跟着信息技能和数字通讯商场的爆炸性开展，在90年代后斯数字电子示波器的实时带宽已超越1GHz。进入二十一世纪2010年代，数字电子示波器亦取得腾跃，实时带宽超越10GHz，等效取样带宽到达100GHz。
数字电子示波器的电路构成比模仿电子示波器简略，主要由模仿/数字转化器(ADC)、波形存储/处理器、数字/模仿转化器(DAC)和液晶(LCD)波形显现四大部分。模仿电子示波器从信号输入前端至波形显现后端都需求具有宽带呼应，可是数字电子示波器只需求前端模仿/数字转化器具有与输入信号相同的宽带呼应，随后各种电路的频率呼应均相应下降。依据取样原理可知，在最佳条件下取样频率等于2倍输入模仿信号最高频率，ADC输出数字信息通过滤波和DAC处理后，即可复现输入信号的波形。明显，DAC的时钟频率可以甚低于ADC的取样频率。别的，为了下降信号滤波和处理带来的混杂信号，数字电子示波器的ADC实际运用的取样频率是模仿输入信号最高频率的4倍而不是2倍。
现在，最高水平的ADC取样频率到达20GHz和分辨率8位。假如运用两块取样频率20GHz的ADC在时刻轴上叠加，将取得取样频率40GHz的分辨率8位的等效ADC功用。换句话说，凭借取样频率20GHz的ADC可以完成10GHz的完成带宽，但分辨率只要8位。假如答应下降ADC的取样率，则不难进步ADC的分辨率。例如，取样率1MHz的ADC可以完成28位分辨率。实时带宽100MHz以上的数字电子示波器，彻底选用8位分辨率，为了进步分辨率可使屡次取样均匀，可是丈量时刻亦相应添加。实时带宽100MHz以下的数字电子示波器，可以供给8位、10位以及16位以上分辨率的产品。
简练的波形数字化器
从以上介绍可知，数字电子示波器归于功用齐备的台面仪器，具有很强的可视性、互动性、信号完好性，丈量功用由硬件界说，杰出用户界面，实时带宽最高，适合于电子产品的开发、评价、丈量、排错的使用。
可是，在电子元器材和设备的产品线中往往需求进步丈量速度，用最短丈量时刻获取电气目标的悉数数据，确保产品及时上市。在这种情况下，波形数字化器应运而生，实质上波形数字化器是数字电子示波器的简化版。波形数字化器只保存ADC前端和数据存储/运算器，省掉后端的DAC和LCD显现。换句话说，保存高速、放弃低速，删繁就简，使波形数字化器更适合自动测验体系的使用。
波形数字化器的电路构成
波形数字化器的电路框图如图1所示。可见作为模块的波形数字化器侧重对输入模仿信号的数字化，电路结构十分简练，前端是ADC芯片，随后是数字存储器和板上数字信号处理器对信号进行算术运算和波形剖析，最终经由高速总线传送到自动测验体系的数据收集操控器。与数字电子示波器比较，因为波形数字化器只保存高速的前端ADC电路，直接使用PC的高速外设总线传输数字数据，例如PCI和PCI Express总线，都比GPIB、VXI、LXI等仪器通用总线具有更高传输速度。此外，波形数字化器的板上数字信号处理器及时对模仿/数字转化后的数据作剖析、处理，然后交由数据收集子体系的PC作后台运算。
波形数字化器的数据流程如图2所示。模仿仪器没有物理面板和显现屏，只要虚拟面板，故波形数字化器各级电路的作业状况均通过图形界面宣布指令，包含前端的输入信号调度和信号收集方法，输入信号通过ADC转化成数据流，即由存储器暂存和数字信号处理进行运算。存储器对数据流作接连的数字收集和许多波形的贮存，一起数字信号处理器对波形作数学运算和参数剖析。所得成果通过高速外设总线送至自动测验设备子体系的后台计算机进行丈量成果处理。由此可见，波形数字化器是软件界说的丈量仪器，软件起着关键作用，给丈量工程技能人员供给多路信号输入、许多数据处理、丈量时刻短、占用面积小、保护便利、丈量成本低的渠道。数字电子示波器与波形数字化器的比较见表1。
表1数字电子示波器与波形数字化器的比较
测验丈量仪器公司和自动测验体系公司都有波形数字化器，产品的实时带宽掩盖低频至射频，类型多种多样。值得注意，波形数字化器供货商如国家仪器公司(NI)，它在自主开发的PXI仪器总线的渠道上合作Lab VIEW图形编程软件，构成的数据采信体系在自动测验体系和自动化丈量中占有重要位置。别的一家ZTEC仪器公司是专业模仿数字化器供货商，它的特色 是既可以供给PC工业规范的模仿，还可以供给丈量仪器规范总线的模块。最高目标的波形数字化器选用取样率4GS/S、分辨率8位、实时带宽1GHz的ADC芯片。
因为波形数字化器模仿的电路构成并不杂乱，商场供给的ADC芯片品种许多，特别是信息技能和移动通讯产品，都需求处理视频信号，然后推进视ADC芯片的开发和出产。闻名的德州仪器公司(TI)、模块器材公司(ADI)等有多种ADC系列芯片供给，性价比适当高。假如咱们在规划自动测验体系时需求专用的波形数字化器模仿。除了收购现成产品以外，亦可考虑自行规划。特别是取样率200MS/S、分辨率16位、实时带宽100MHz的ADC芯片，因为使用面广，不管在无线通讯、数码相机、移动手机、雷达、医学图画、数据收集、测验丈量等范畴都需求许多产品。以德州仪器公司的ADS548X系列ADC芯片为例，它具有以下特色：
?最高取样率200MS/S，带宽100MHz
?分辨率16位，满量程的背境噪声78dB
?无杂散频率的动态规模95dBc
?片上高阻抗的差分缓冲输入扩大器
?高效率的低压差分信号(LVDS)的数字输出
?供电电压+5V和+3V，功率耗散70mW
?64引脚QFN-64封装，占位面积9×9mm
?温度规模-40至85℃
ADS548X系列ADC芯片的结构框图如图3所示，从图中可见，输入信号INP、INM通过缓冲输入级扩大后，由16位ADC模/数转化器的取样时钟作时分取样。再经数字修正和整形，样本值送入8组低压差分扩大，由数据线D0、D2和D14输出至后级存储器。
ADS548X芯片内还有电源调理电路、基准电压、守时操控、作业方法操控等辅佐功用块。作为波形数字化器的前端芯片，ADS548X是集成度和功用较高的ADC并行模/数转化器，合作后端的缓冲存储器和数字信号处理器，挑选信号收集体系的接口总线，即可构成完好的波形数字化器模块。德州仪器公司一起供给ADS548X芯片的评价试验板，作为业界抢先的数字信号处理器供货商，有多种系列DSP芯片可供工程规划人员挑选，或许凭借相应DSP开发套件，简化模块的软件规划流程，完成波形数字化器的快速规划和评价。
几种波形数字化器的外观见图4。
图2 波形数字化器的数据流程
图3 ADS548系列ADC芯片结构框图
图4 几种波形数字化器
