数字存储示波器的选择

由于数字存储示波器的日益普及，要了解它们的工作模式和性能特征的需求已经兴起。这篇技术短文以Tektronix产品应用中的两种基本的波形获取模式为例。使读者可了解实时取样与等效时间取样的优缺点将便于选择使用数字存储示波器。

本文中附加了关于Sin（x)/x内插法的注释，Tektronix 数字存储示波器利用这个方法来实现分辨率的定时与幅度测量和极为精确的波形显示。

数字存储示波器的性能继续朝着模拟性的性能水平发展。高取样率使中档的数字示波器可以用与高级数字存储示波器能力相比的定时精度水平捕获单次波形。这些示波器的标准取样率已经指数式地从50或100MS/s的速率提高到2GS/s。

模拟与实时带宽

为了精确地建立一个波形，数字存储示波器必须在起始触发之后采集充分目的取样点。理论上数字示波器每个周期（规则波形的一个全周期）至少需要二个取样点来如实地再现正弦波；否则获取的波形将是一个失真的输入信号的圆象。实际上，在Tektronix TDS系列示波器中了利用TEK是Sin(x)/x内插法，数字存储示波器至少要求每个周期2.5个取样点。

这个要求常常限制数字示波器能以实时捕获的信号频率。由于实时捕获的这种限制，大多数DSO规定两种带宽——模拟和实时。模拟贷款由构成示波器输入通道的电路所决定，表示数字存储示波器可以不加失真地收的最高频率。第二种带宽成成为实时带宽，决定数字存储示波器用单个触发派冲在一次采集过程中把整个输入波形进行取样，仍然采足够的取样点，精确重建波形能够达到的最高频率。下列方程可以阐明实时带宽：

实时带宽=

对某些数字存储示波器来说，实时带宽理论上超过模拟带宽。但是由于输入通道使上限以上的信号会产生失真，实时带宽仅可以等于或小于模拟带宽。即使数字存储示波器可以在比起模拟带宽高的带宽进行取样，模拟带宽仍然确定了示波器可以精确捕获的最高频率。

等效时间取样

数字存储示波器用等效时间取样时，它可以捕获知道示波器模拟带宽的任何信号而与取样率无关。在这种模式，示波器经过若干个触发派冲采集需要数量的取样点，输入信号必须是重复的以产生等效时间取样所需要的多次触发派冲。在等效时间模式下，教低速的、低价格数字转换器，对重复波形可以提供与较高价格的带高速取样器的数字存储示波器同样的精度。例如，TDS460可以提供350MHz宽带，而它的四个通道的每个通道只具有100MS/s取样率。

TDS400heTDS500系列示波器使用通常称为随机等效时间取样的方法。虽然这些示波器在每个触发派冲之后一次取样，但每次采集在相对于触发派冲的不同的时间开始。描述了随机等效时间取样时如何工作的。

因为等效时间取样要求必须是重复信号，有一定的局限性。数字存储示波器在等效时间取样模式下，不能由单词事件建立有意义的波形。并且，信号还必须每次完全相同地重复，否则显示波形将会失真。当重复信号一定时间内变化时，显示波形发生的情况。示波器上出现明显的垂直线，即杂乱信号，表明经多次采集的信号间的差异。观察者会很容易错误判断这些线条，认为它们是叠加在信号上的高频噪声。有些示波器仅仅采用等效时间取样，只能接收重复信号。由于这些示波器被局限于等效时间工作模式，它们或者戏剧性地提高其精度或带宽，或者给出大大低于实时数字示波器的价格。

实时取样

当数字示波器工作在实时或单词模式时，它试图用一次触发事件采集完一个波形的全部取样点。因为这一模式从输入信号仅取用一个触发派冲，实时取样对重复和单次波形都按一次事件对待。

使用较高取样率的数字存储示波器可以实时方式波或较高带宽的信号。例如，某工程师需要捕获和存储一个50MHz单次信号。使用具有400MHz模拟带宽和1GS/s取样率的示波器，新潮400MHz的实时带宽，它可以很容易在实时状态下补货该信号。

但是，如果这位工程师选用具有400MHZ模拟带宽和100MS/s取样率的数字示波器，他不可能以实时方式准确地捕获50MHz信号。虽然这台示波器，如同第一台一样，有40MHZ的模拟带宽，它的100MS/s最高取样率限制了实时带宽只能是40MHz。

TEKTRONIX TDS600：实时示波器

TDS620和TDS640数字示波器有500MHz带宽和2GS/s取样率。它们从理论上的实时带宽是：2GS/s÷2.5=800MHz。由于TDS600示波器不能无失真地通过高于500MHz的信号，它们的实时带宽等于它们的模拟带宽。因为两种带宽想通，这些示波器可以很容易地以实时方式捕获信号直到示波器的模拟带宽。数字示波器在实时带宽低于模拟带宽时才要求等效时间取样。由于TDS600示波器可以用一次触发事件捕获信号一直到示波器的带宽，它们只具有实时取样。

为了说明TDS600系列数字存储示波器强有力的获取能力，以图解方式描述了实时和等效时间取样之间的区别。一台经校准的派冲发生器简历Ins上升时间的派冲作为单次事件并作为重复波形。作为基础，由Tektronix2400模拟示波器捕获的该派冲的波形。TDS540用等效时间取样获取这同意派冲的重复形式。要求多次采集来捕捉该信号。TDS640用实时取样显示同一派冲。由于它的2GS/s取样率，TDS640都具有500MHz带宽，TDS640的高速实时取样清晰地提供了与模拟更加相似的输入信号的波形。

波形显示重建技术

无论数字示波器以实时或等效时间获取波形，内插法显示捕获的信号都更加清晰。当示波器采用内插法时，它在波形取样点之间画线，建立连续波形取代一串单独的点。表示内插法在建立更逼真的波形情况下产生的差别。

大多数数字存储示波器提供两种内插方式：线性和正弦。线性内插法在取样点之间采用直线拧合画线。这个放大对派冲和数字信号使用起来很好，但是对正弦波可能产生失真。正弦内插法采用曲线拧合链接取样点。对正弦波信号很理想，在显示派冲时这个方法可能产生明显的过冲或下冲。

Tektronix数字存储示波器提供一种改进的正弦内插法可以在显示派冲时消除不精确性。Sin（x)/x法利用自适应前置滤器判明快速信号顺便位置并作补偿。虽然这个方法比线性内插法要求更多的计算，但TDS系列示波器用它们的专用数组信号处理器，在实时和等效时间模式下都可以迅速地更新屏幕。用实例说明线性和正弦内插法。

结论

在实时方式，示波器的数字转换器用单一触发派冲通过一次采集过程完成整个输入波形的取样。“实时”一词的出现是因为采集和显示发送在同一时间内。实时数字示波器对单次现象应用是十分理想的。实时取样一般较少发送混乱，例如随等效时间取样发送的混淆失真。

随机等效时间取样利用重复信号的特点，用经若干个触发事件说的的取样点，数字式地重现波形。由于取样发生在触发点的两遍，预触发能力很灵活。因为是对重复信号在取样，等效时间示波器带宽可以远远超过它的取样率。