挑选数字化仪/示波器需求考虑的10个方面

1. 带宽

带宽描绘的是输入信号能够以最小幅值丢失经过模仿前端的频率规模——从探针的针头或测验夹具到ADC的输入端。带宽一般规则为正弦输入信号衰减到其原始起伏的70.7％时的频率，该频率也称为-3dB点。

在一般状况下，主张数字化仪的带宽应至少是信号最高频率重量的两倍。

示波器和数字化仪一般用于丈量比如数字脉冲或其它具有尖利边际的信号的上升时刻。这些信号由高频重量组成。为了捕捉信号的实在形状，咱们需求运用高带宽的数字化仪。例如，一个10 MHz的方波是由一个10MHz的正弦触及无量多的谐波组成。为了捕捉这个信号的实在形状，数字化仪的带宽有必要满意大才干捕捉其间一些谐波。不然，信号会失真，导致丈量不正确。

一般来说，能够运用下面的公式来依据上升时刻（界说为从信号起伏的10％上升至90％的过渡时刻）核算出信号的带宽。

抱负状况下，数字化仪的带宽应为依据上述公式核算的信号带宽的三到五倍。换句话说，数字化仪的上升时刻应该是信号上升时刻的1/5至1/3，然后以最小的差错收集信号。您能够经过以下公式来推算出信号的实践带宽：

2. 采样速率

在上一节中，咱们介绍了数字化仪或示波器的最重要目标之一¬——带宽。可是，假如采样率不行高的话，高带宽的功用就会大打折扣。

带宽描绘的是正弦波能够以最小衰减进行数字化的最高频率，而采样率就仅仅是数字化仪或示波器中模数转换器（ADC）将输入信号数字化的时钟速率。请记住，采样率和带宽没有直接的联系。可是，一般状况下咱们期望这两个重要目标之间具有这样一个联系：

数字化仪的实时采样率=3〜4倍数字化仪的带宽

奈奎斯特定理指出，为了防止混叠，数字化仪的采样率至少需求为被测信号中最高频率重量的两倍。可是，采样速率刚好等于最高频率重量的两倍并不足以准确地再现时域信号。为了准确地数字化输入信号，数字化仪的实时采样率应至少为数字化仪带宽的三到四倍。下面的图能够协助您了解其间的原因。调查下面的图，想想您期望在示波器上看到什么样的数字化信号。

尽管这两种状况下经过前端模仿电路的实践信号是相同的，可是左边的图画处于欠采样状况，即数字化的信号失真了。另一方面，右侧的图画具有满意的取样点，能够准确地重建信号，然后使丈量更准确。因为明晰地表明信号关于时刻域运用，如上升时刻、过冲或其它脉冲丈量来说十分重要，因而具有更高采样速率的数字化仪无疑是这些运用的不贰之选。

3. 采样形式

采样形式主要有两种——实时采样和等效时刻采样（ETS）。

上一节评论的便是实时采样率，它描绘了ADC的时钟速率，规则了单次收集输入信号的最大速率。另一方面，等效时刻采样便是依据一系列在单次形式下收集的触发波形来重建信号的一种办法。 ETS的优势是它供给了较高的有用采样率。可是，它的缺陷是需求较长的时刻，并且只适用于重复信号。请留意，ETS并不会增加数字化的模仿带宽，仅适用于当您需求以更高的采样率重构信号的状况。 ETS常见的一种完成是随机交织采样（RIS），下表中列出的大多数NI数字化仪均具有该功用。

4. 分辨率和动态规模

如上所述，数字示波器和数字化仪都经过ADC将模仿信号转换为数字信号。ADC回来的比特数便是数字化仪的分辨率。关于恣意给定的输入规模，以数字办法表明信号的或许离散电平点数为2b，其间b是数字化仪的分辨率。当输入规模分红2b级时，数字化仪可检测的最小或许电压就表明为（输入规模/2b ）。例如，一个8位数字化仪把10 Vpp的输入规模分为28=256级，每级39毫伏，而24位的数字化仪则将相同的10 Vpp输入规模分为224 = 16,777,216级，每级596 nV（比8位数字化仪约小65,000倍）。

运用高分辨率数字化仪的其间一个原因是丈量小信号。有人会问，为什么不直接运用较低分辨率的仪器和较小的电压规模来“扩大”信号，然后丈量小电压？原因在于，许多信号一起具有小信号和大信号重量。运用较大的输入规模能够丈量大信号，但此刻小信号将会变成大信号的噪声。另一方面，假如运用很小的电压规模内，那么就会使大信号削波，导致丈量失真和无效。因而，关于触及动态信号（一起具有巨细电压重量的信号）的运用，就需求运用具有宽动态规模（数字化仪在大信号存在的状况下丈量小信号的才能）的高分辨率仪器。

传统示波器一般运用具有8位分辨率的ADC，这关于触及频谱剖析或动态信号（如调制波形）的运用是不行的。一个更高功用的示波器将有助于许多运用顺利完成。

5. 触发

一般状况下，示波器和数字化仪用于依据特定事情的信号收集。仪器的触发功用可答应您阻隔该事情，并在事情产生前后捕获信号。大多数数字化仪和示波器包含模仿边缘、数字和软件触发。其他触发选项包含窗、滞后和视频触发。

高端数字化仪具有很短的触发间重置时刻，然后可完成多记载收集形式，在该形式下，数字化仪在取得给定的触发信号后开端收集必定点数的数据，然后快速重置，并等候下一个触发。快速重置特性保证了数字化仪不会错失任何事情或触发。多记载形式关于捕获和存储仅咱们需求的那部分数据十分有用，这样能够优化板载内存的运用并约束PC总线的活动。

6. 板载内存

许多时分，数据是经过数字化仪或示波器传送到PC进行丈量和剖析。尽管这些仪器能够以其最大速率（一般在几GS/s规模内）进行采样，可是数据传输到PC的速率却遭到PCI、LAN、GPIB等衔接总线的带宽的约束。尽管现在这些总线都无法供给GS/s级的速率，但随着PCI Express和PXI Express完成了GB/ s级的数据速率，这现已不是一个问题了。

假如接口总线无法以与采样率相同的速率继续传输数据，那么板载内存能够使仪器以最大的速率收集信号，并将数据发送到PC进行处理。

容量大的内存不只能够增加收集时刻，还供给了频域方面的优势。最常见的频域丈量是快速傅立叶改换(FFT)，用于显现信号的频率重量。假如FFT具有更高的频率分辨率，就能够轻松地检测到离散频率。

依据上面的公式，有两种办法能够优化频率分辨率——下降采样率或增加FFT的点数。下降采样率一般不是抱负的解决方案，因为这意味着频率规模也会随之减小。在这种状况下，仅有的解决办法便是增加FFT的采样点数，这需求更大容量的板载内存。

7. 通道密度

购买示波器或数字化仪时应考虑的一个重要要素是仪器的通道数或许经过同步多台仪器来扩展通道的才能。大多数示波器具有两到四个通道，每个通道以必定的速率一起采样。在运用数字化仪的一切通道时，需求留意哪些要素会对采样率产生影响。这是因为一种称为时刻交织采样的常用技能，该技能经过将多个通道交织来完成更高的采样率。假如数字化仪或示波器运用这种办法，而您正在运用一切通道，则您或许无法取得最大收集速率。

所需的通道数彻底取决于您的详细运用。一般状况下，传统的两到四个通道或许不能够满意特定运用的需求，在这种状况下，您有两种挑选。第一种是运用更高通道密度的仪器，如8通道（同步）NI PXI-510512位60 MS / s 60 MHz数字化仪。假如您无法找到契合您分辨率、速度和带宽要求的仪器，这时您应该考虑选用一个能够让您经过严密同步来扩展测验体系并答应触发器和时钟同享的渠道。尽管因为高推迟、有限的吞吐量和需求外部电缆衔接，要经过GPIB或LAN来同步多个台式仪器简直是不或许的，可是PXI却供给了一个超卓的解决方案。 PXI是一个行业规范，可将一流的同步技能增加到当时较高速率的总线上，如PCI和PCI Express。

多台设备的同步是许多运用的要害需求，这往往会增加软件开发时刻。可是依据同步和存储中心（SMC）架构的NI数字化仪能够运用NI-TClk技能协助工程师以最少的精力完成准确的同步。 NI-TClk供给了用于多个NI数字化仪、恣意波形产生器、高速数字I/ O设备同步编程的高层接口。此外，此类数字化仪还供给了各种预先编写的实例，用于履行这一类型的同步，协助您更轻松进行开发。以下是在LabVIEW环境中编程多个PXI数字化仪以完成均相同步所需的三个函数（niTClk Configure for Homogeneous Triggers、niTClk Synchronize和niTClk Initiate）：

8. 多仪器同步

简直一切的自动化测验和许多台式运用都会需求运用多种类型的仪器，如示波器、信号产生器、数字波形剖析仪、数字波形产生器和开关。

PXI和NI模块化仪器固有的守时和同步功用可让您无需外部电缆即可同步一切这些类型的仪器。例如，您能够集成数字化仪 (如NI PXI-5122)和恣意波形产生器(如NI PXI-5421)来履行参数扫描，这关于表征待测设备的频率和相位呼应十分有用。整个扫描能够自动化进行，然后防止了对示波器和信号产生器进行手动设置以及随后的离线剖析。运用PXI模块化办法可大幅加速您的开发速度，并可让您专心于成果，而不是取得这些成果所需的繁琐过程，从而进步您的工作效率。

9. 信号混合功用

T-CLK技能可使您在单个PXI机箱内创立高达136个同步通道的体系或许运用多个机箱完成多达5000个通道（如上一节所述）。举例来说，NI数字化仪能够经过T-CLK技能与信号产生器、数字波形产生器和数字波形剖析仪同步来构建混合信号体系同步。

您还能够运用具有恣意波形产生器和数字波形产生器/剖析仪的模块化PXI数字化仪来构建一个完好的混合信号运用，一起运用示波器和逻辑剖析仪的功用，而不只仅是完成一个具有有限数字功用的混合信号示波器。

10. 软件、剖析功用和自界说化

在挑选您运用所需的模块化数字化仪或独立式示波器时，确认相应的软件和剖析功用是十分重要的，这个要素可协助您在两台仪器之间做出挑选。

独立式示波器的功用由厂商界说，而数字化仪则是由用户界说，可协助用户灵敏地满意运用需求。台式示波器供给了许多工程师一般需求的规范功用。但您能够想像，这些规范功用并也不能解决一切运用，特别是自动化测验运用。假如您需求界说示波器的丈量功用，能够挑选模块化数字化仪，而不是一个具有固定功用的独立式示波器，模块化数字化仪既可协助您运用PC架构，并且还可答应您依据详细需求定制运用程序。

NI数字化仪可运用免费的NI-SCOPE驱动软件彻底编程。该驱动程序包含了50多个预先写好的典范程序，要点展现了NI数字化仪的悉数功用，内含的NI-SCOPE软件前面板供给了类似于示波器的了解界面。同一个硬件能够运用NI LabVIEW、LabWindows/CVI、Visual Basic和.NET等编程言语针对各种运用进行编程，完成常见丈量和自界说丈量。该驱动程序还可在LabVIEW环境内支撑依据快速装备的函数。

11. 下一步

尽管模块化数字化仪和独立式示波器都可用于收集电压信号，但这两种仪器具有各自的优势。可是，上述评论的要素关于购买适宜的仪器至关重要。事前考虑好运用需求、本钱约束、功用和未来扩展功用够协助您挑选最契合您一切需求的仪器。