数字示波器原理

下面以安捷伦的90000A系列数字示波器为例，介绍数字示波器的原理。

图1.数字示波器内部结构图

图2.安捷伦90000A系列示波器捕获板
图1是数字示波器内部结构图。示波器内部结构首要包含如下几个部分：
1）信号调度部分：首要由衰减器和扩大器组成；
2）收集和存储部分：首要由模数转化器ADC，内存控制器和存储器组成；
3）触发部分：首要由触发电路组成；
4）软件处理部分：由一台核算机组成。
信号进入示波器后，先要进行衰减，再进行扩大，这是为什么呢？
本来，衰减器是可调衰减器，当衰减比调度的较大时，让咱们能够测验大起伏的信号，当衰减比调度的较小或0dB衰减时，经过扩大器的扩大效果，使得咱们能够测验小起伏的信号。咱们平常调度示波器的笔直灵敏度，实际上便是调度衰减器的衰减比。经过信号调度电路使得信号能够较抱负的让ADC进行模数转化，反映在示波器屏幕上便是尽量显现的波形能够到达屏幕的2/3以上（可是不要超出屏幕）。
扩大器一方面是对信号进行扩大，另一方面是供给匹配电路去驱动ADC和触发电路，扩大器决议了示波器的模仿带宽，这是示波器的榜首重要目标。
信号经过ADC后，需求先把点存在存储器里，设置的存储器存满了，再把样点传递到核算机，这是为什么呢？
本来，ADC的采样速率比较高（比方每秒20G样点），每个样点用8bits来表明（现代的数字示波器一般ADC都是8位），ADC后边的总线带宽就到达160Gbps，这是不可能实时把样点传递到核算机的。所以需求选用Block的工作方式，先把点存起来，存满后再渐渐的把数据传递到核算机，并且这个时刻一般相对收集时刻较长，所以数字示波器的死区时刻仍是比较大的（一般为95％以上）。那么怎么确保示波器捕获咱们感兴趣的信号呢？这就要靠触发,经过触发来处理收集和传输的对立。
示波器的第二重要目标有ADC决议，便是实时采样速率。第三重要目标是存储深度，由内存控制器和存储器决议。第四重要目标是触发才能，由触发电路决议。
图2是安捷伦90000A系列示波器的捕获板（90000A示波器包含2块捕获板）。信号经过SMA同轴电缆连接到捕获板的前端上，前端包含衰减器、扩大器和一部分触发电路，这些器材被裸封到一片MCM芯片上。前端电路驱动两颗ADC芯片，每颗ADC芯片的采样速率是20GSa/s,两颗选用穿插收集到达40GSa/s的采样速率。ADC后边是内存控制器IDA，做数据存储分配和一些运算，如起伏、相位补偿，触发颤动补偿等。IDA经过PCI-Express总线与核算机相连。
那么数据传递到核算机后，还要做哪些处理呢？图3是核算机处理结构框图。

图3.示波器的核算机数据处理结构图
收集的数据传递到核算机后，先要进行Sin(x)/x正弦内插，或线性内插进行波形的重建，重建后的波形能够进行各式各样的参数丈量、信号运算和剖析等。终究的成果或原始的样点都能够直接显现到屏幕上。
对挑选和运用示波器来说，带宽和采样率是最要害的目标，那么该怎么量化核算带宽和采样速率呢？请参阅表1。为什么会有这样的定论呢？
请参阅下一篇：数字示波器的信号保真度探析。

表1.量化挑选示波器的带宽和采样速率