【導(dǎo)讀】沒有什么是完美的，示波器也不例外。數(shù)字示波器一直有個廠家不愿提起的問題，恐怕很多老工程師也沒太注意，那就是波形死區(qū)。我們通過數(shù)字示波器無法觀察到波形流中所有波形，觀察到的或許還不到1%。面對示波器的波形死區(qū)，工程師們怎么選擇呢?
圖1 死區(qū)時間
數(shù)字示波器在工作時總會先采集數(shù)據(jù)，然后再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，有一點必須了解，那就是示波器數(shù)據(jù)取樣速度遠(yuǎn)快于數(shù)據(jù)處理速度，使得它不得不在數(shù)據(jù)處理期間停止取樣，這樣必然導(dǎo)致死區(qū)t2內(nèi)的所有波形因沒有采集而丟失，示波器的基本原理如圖2所示。
圖2 示波器原理
與示波器死區(qū)時間對應(yīng)的參數(shù)是示波器的波形刷新率，又叫波形捕獲率，示波器在特定時基本下的波形刷新率是可通過Trigger Out接口去測得，示波器的波形刷新率越高越好。
波形刷新率F = 1/（t1+t2） （wfms/s）
在特定時基檔位下，波形時間t1是確定的，那么波形刷新率越高，就意味著波形死區(qū)時間越短，漏掉的波形越少。例如對于T公司的MSO4054而言，它在時基為50ns/div時基下，波形刷新率可達(dá)到最高50kwfms/s，那么每秒的波形時間等于50*10*50000 = 25ms，死區(qū)時間為975ms，故而波形死區(qū)高達(dá)97.5%，用戶觀察到的有效波形僅占全部波形的2.5%。
圖3 50kwfms/s波形刷新率下觀察的波形信息
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ZLG的ZDS2022示波器同樣在50ns/div時基下，波形刷新率卻能達(dá)到330，000wfms/s，使每秒波形時間長達(dá)231ms，約T公司MSO4054的9.24倍。用兩臺示波器觀察同一個信號，時基均調(diào)到200ns/div時，ZLG的ZDS2022能更短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號異常，但是MSO4054卻不能。
圖4 330，000wfms/s波形刷新率下觀察的波形信息
如今，仍然有許多工程師還繼續(xù)用模擬示波器，因為模擬示波器不會存在波形死區(qū)，卻也存在其他的不足，比如無法做數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，無法記錄等，這也是模擬示波器用戶越來越少的原因。為了減少波形死區(qū)對信號分析的影響，建議在購買示波器時務(wù)必選擇高波形刷新率的示波器。
而很多示波器用戶無不關(guān)心示波器的刷新率指標(biāo)，近期我司FAE在與客戶交流時，很多客戶對ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的高刷新率很感興趣，這樣高的刷新率到底是怎樣做出來的呢？
什么是波形刷新率？
波形刷新率又叫波形捕獲率，指的是每秒鐘波形刷新的次數(shù)，表示為波形數(shù)每秒（wfms/s）。事實上，示波器從采集信號到屏幕上顯示出信號波形的過程，是由若干個捕獲周期組成的。一個捕獲周期包括采樣時間和死區(qū)時間，模擬信號通過ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號同時存儲，整個采樣存儲過程的時間稱為采樣時間。示波器必須對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量運算顯示等處理，才能開始下一次的采樣，這段時間稱為死區(qū)時間。死區(qū)時間內(nèi)，示波器并沒有進(jìn)行波形采集。一個捕獲周期完成就會進(jìn)入下一個捕獲周期。捕獲周期的倒數(shù)就是波形刷新率，如圖1.1中所示，波形刷新率=1/（Tacq+Tdeat）。
圖5 示波器采樣過程示意圖
影響波形刷新率的因素有哪些？
采樣時間和死區(qū)時間
如圖5中所示，波形刷新率為Tacq（采樣時間）和Tdeat（死區(qū)時間）的倒數(shù)，其中采樣時間由示波器屏幕的采樣窗格決定，用水平時基檔位乘以水平方向格數(shù)，當(dāng)水平時基確定后，采樣時間就會固定。
而死區(qū)時間是由示波器的處理能力決定的，當(dāng)示波器對數(shù)據(jù)處理能力不足時，就會對采集的大數(shù)據(jù)不能及時進(jìn)行處理，死區(qū)時間就會變長，刷新率就會降低;當(dāng)示波器對數(shù)據(jù)的處理能力很強(qiáng)時，死區(qū)時間就會變短，相應(yīng)刷新率就會很高。因此死區(qū)時間是影響刷新率的重要因素。
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觸發(fā)釋抑時間
增大觸發(fā)釋抑時間相當(dāng)于變相地增加了死區(qū)時間，因為在釋抑期間，觸發(fā)電路封閉，觸發(fā)功能暫停，即使有滿足觸發(fā)條件的信號波形示波器也不會觸發(fā)，所以也會影響刷新率。但觸發(fā)釋抑時間并非指死區(qū)時間。
當(dāng)對大周期重復(fù)波形進(jìn)行觸發(fā)時，由于波形中存在很多滿足觸發(fā)條件的波形點，導(dǎo)致觸發(fā)波形不穩(wěn)定，為了得到穩(wěn)定觸發(fā)的波形，我們可以設(shè)置觸發(fā)釋抑時間，使波形每次都在同一個點觸發(fā)，穩(wěn)定顯示觸發(fā)波形。如圖1.2中，可將釋抑時間設(shè)置為》200ns但《600ns的值。
圖6 觸發(fā)釋抑時間
該如何計算死區(qū)時間？
對刷新率有重要影響的死區(qū)時間是如何計算出來的呢？
當(dāng)捕捉一個脈寬在40ns~60ns的異常脈沖時，合適的水平時基檔位可設(shè)在50ns/格，此時ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的波形刷新率，意味著每次觸發(fā)采樣占用的總捕獲時間T=1s/330KHz=3.03us，則有效的采樣時間為50ns/divX14（ZDS2022示波器水平方向有14個格）=700ns。那么死區(qū)時間百分比為（3030-700）/3030=76.89%。
捕獲相同的異常脈沖，在相同時基檔位下，若T示波器具有50K幀/秒的刷新率，則就意味著每次觸發(fā)采樣占用的總時間為，T=1S/50KHz=20us，有效的采樣時間為50ns/divX10（該示波器水平方向有10個格）=500ns，則死區(qū)時間百分比為（20000-500）/20000=97.5%。
死區(qū)時間越長，捕獲到偶發(fā)信號的概率就會越低，當(dāng)小概率異常波形出現(xiàn)在死區(qū)時間時，示波器就不會捕獲到該異常，對信號的調(diào)試會產(chǎn)生很大影響。
ZDS2022示波器如何能做到高刷新率
那么為什么ZDS2022示波器能夠做到高達(dá)33萬次幀/秒的刷新率呢？死區(qū)時間低至76.89%，比一般示波器97.5%的死區(qū)時間竟然低了21.13%！
圖7 波形合成器框圖
ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA進(jìn)行波形合成，都是全硬件加速處理;
ZDS2022示波器采用超大規(guī)模FPGA集成波形顯存，總線帶寬高，使數(shù)據(jù)處理時間大大減少，且采用了多線程并行處理的方式;
ZDS2022示波器的波形合成全都采用優(yōu)化算法進(jìn)行處理。
總結(jié)
示波器的刷新率直接決定了捕獲異常毛刺的能力，只有真正掌握了刷新率的本質(zhì)，才能正確認(rèn)識示波器的刷新率指標(biāo)，ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的刷新率，能快速捕獲波形異常，高效實用！說再多，也不如您親自測一測！
