數(shù)字示波器

基于GPIB的數(shù)字示波器自動檢定系統(tǒng)的硬件由GPIB控制器、FLUKE5500A、被檢定數(shù)字示波器和PC機(jī)以及打印機(jī)等外圍設(shè)備組成。

1.1.1 GPIB總線

GPIB是惠普公司于20世紀(jì)60年代末、70年代初開發(fā)的實(shí)用儀器接口系統(tǒng)。由于對測試儀器的控制很方便，并且具有較高的傳輸速度（1Mbps）,GPIB于1975年被定為IEEE488標(biāo)準(zhǔn)，1987年修定為IEEE488.1—1987。GPIB總線是數(shù)字化的24腳并行總線，有8根線是地線和屏蔽線，另外16根線是TTL電平信號傳輸線，包括8根數(shù)據(jù)線、5根接口管理線和3根數(shù)據(jù)傳輸控制線。GPIB使用8位并行、字節(jié)串行、異步通訊方式，所有字節(jié)通過總線順序傳送。

GPIB系統(tǒng)設(shè)備有控者、講者和聽者三種屬性。實(shí)際設(shè)備具有其中的一種、兩種或三種。作為控者，它可以通過尋址指定連接到總線上具有講者屬性的器件成為講者和具有聽者屬性的器件作為聽者，包括指定它自己。講者能通過總線向其他器件發(fā)送數(shù)據(jù)。聽者能從總線上接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)。一般來說在GPIB系統(tǒng)中計算機(jī)是控者，具有講、聽、控三種屬性。為避免總線沖突，IEEE488規(guī)定一次只能有一個講者，但可以同時有幾個聽者。由于GPIB系統(tǒng)中各器件的工作速度可能相差懸殊，為了保證多線消息能夠雙向、異步、可靠地傳輸，GPIB母線中設(shè)置了三條握手線，分別為數(shù)據(jù)有效線、未準(zhǔn)備好接收線和未收到數(shù)據(jù)線。

1.1.2 BC-1402-2接口控制器

在本系統(tǒng)中采用的GPIB控制器是貝卡科技公司開發(fā)的BC-1401-2型USB-GPIB接口控制器，它帶有USB接口，把USB總線轉(zhuǎn)換成GPIB總線，操作GPIB儀器。其特點(diǎn)是：完全符合IEEE488.1和IEEE488.2國際標(biāo)準(zhǔn)，支持PCI、USB、Ethernet工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)傳輸率為900kbps,適合PC機(jī)與儀器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸；提供了一套I/O GPIB操作函數(shù)庫，其函數(shù)與ISA總線的ES1400系列接口控制器相同；提供了一套符合VPP規(guī)范的虛擬儀器軟件架構(gòu)VISA(Virtual Instrument Software Architecture)函數(shù)庫,實(shí)現(xiàn)了凡是采用VISA函數(shù)開發(fā)的應(yīng)用程序，在更換不同廠家的不同型號的GPIB接口控制器時，應(yīng)用程序不需要作任何修改；該接口控制器可以用C/C++、VC++、VB、LabView、LabWindows/CVI、HP-VEE、Delphi等多種語言編制測試程序，方便而靈活。

FLUKE5500A是美國福祿克公司的一款高性能的多功能校準(zhǔn)儀，可以對手持式和臺式多用表、示波器、示波表、功率計、電子溫度表、數(shù)據(jù)采集器、功率諧波分析儀、過程校準(zhǔn)器等多種儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。FLUKE5500A提供了GPIB（IEEE-488）、RS-232、5725A三種標(biāo)準(zhǔn)接口；在安全性方面滿足IEC 1010-1（1992-1）、ANSI/ISA-S82.01-1994、CAN/CSA-C22.2NO.1010.1-92標(biāo)準(zhǔn)；FLUKE5500A輸出電壓可以達(dá)到1100V，電流輸出可達(dá)11A，可以提供直流電壓和電流、交流電壓和電流的多種波形和諧波，同時輸出兩路電壓，或者是一路電壓和一路電流，模擬功率、電阻、電容熱電偶和RTD。其示波器校準(zhǔn)件還提供了穩(wěn)幅正弦波、快沿、時間標(biāo)記和幅度信號。

PC作為系統(tǒng)的“主控者”，通過發(fā)布命令給GPIB接口控制器實(shí)現(xiàn)對FLUKE5500A和被檢定示波器的控制，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：儀器的初始化、復(fù)位、儀器參數(shù)設(shè)置；命令FLUKE5500A產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號，同時被檢示波器顯示；讀取/保存儀器數(shù)據(jù)并傳給PC等。

軟件是本數(shù)字示波器自動檢定系統(tǒng)的核心，軟硬件能否穩(wěn)定、協(xié)調(diào)地工作是系統(tǒng)能夠?qū)?shù)字示波器快速、可靠檢定的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定的Windows2003 Server操作系統(tǒng)、SQL Sever2005(開發(fā)版)數(shù)據(jù)庫以及Visual. NET2005作為開發(fā)平臺，以C/C++作為編程語言，同時在驅(qū)動程序方面選用NI公司的Lab Windows/CVI7.0做部分程序的驅(qū)動開發(fā)。同時采用MAX（Measurement&Automation）作為IVI驅(qū)動配置程序。

VISA是VXI plug&play聯(lián)盟制定的I/O接口軟件標(biāo)準(zhǔn)。制定VISA的目的是確保不同廠商、不同接口標(biāo)準(zhǔn)的儀器能相互兼容、可以通訊和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其顯著特點(diǎn)是：VISA是采用了先進(jìn)的面向?qū)ο缶幊趟枷雭韺?shí)現(xiàn)的；它是當(dāng)前所有儀器接口類型功能函數(shù)的超集成，而且十分簡潔，只有90多個函數(shù)；VISA作為標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，與儀器的I/O接口類型無關(guān)，方便程序移植。對于驅(qū)動程序、應(yīng)用程序開發(fā)者而言，VISA庫函數(shù)是一套可以方便調(diào)用的函數(shù)，可以控制各種設(shè)備如GPIB、VXI、PXI等。

IVI（Interchangeable Virtual Instrument）是IVI基金會為了進(jìn)一步提高儀器驅(qū)動程序的可執(zhí)行性能，達(dá)到真正意義上的儀器互換，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序完全獨(dú)立于硬件而推出的儀器驅(qū)動程序編程接口。IVI系統(tǒng)由IVI類驅(qū)動程序、具體驅(qū)動程序、IVI引擎、IVI配置實(shí)用程序、IVI配置信息文件五部分組成。類驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)了上層統(tǒng)一功能的封裝，面對的是操作者，而具體驅(qū)動程序完成與具體儀器的通信。測試程序是調(diào)用類驅(qū)動程序，用類驅(qū)動程序調(diào)用具體驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)測試程序和硬件的無關(guān)性。IVI引擎完成狀態(tài)緩存、儀器屬性跟蹤、分類驅(qū)動程序到具體驅(qū)動程序的映射功能。IVI配置實(shí)用程序是采用軟件MAX創(chuàng)建和配置IVI邏輯名，在測試程序中通過傳送邏輯名給一個分類驅(qū)動程序初始化函數(shù)，將操作映射到具體儀器及儀器驅(qū)動程序。IVI配置信息文件記錄了所有邏輯名和從類驅(qū)動程序到具體儀器驅(qū)動程序的映射信息。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3.1 測試軟件模塊

測試軟件分為測試數(shù)據(jù)管理模塊、測試參數(shù)管理模塊、測試程序模塊三部分。測試數(shù)據(jù)管理模塊是管理對儀器的檢定日期、檢定人員、對具體儀器的已檢定項(xiàng)目、檢定的數(shù)據(jù)等。測試參數(shù)管理是在數(shù)據(jù)庫中管理具體儀器的各檢定項(xiàng)、檢定項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)值等。測試程序模塊是根據(jù)用戶在軟面板上選定的測試參數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的測試儀器進(jìn)行測試，把測試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)相比較，判斷是否合格。

2.3.2 測試軟件結(jié)構(gòu)化流程

在開機(jī)系統(tǒng)自檢后，檢定操作員在軟件界面上選擇/輸入需要檢定的儀器型號，程序由儀器型號在數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的檢定項(xiàng)目、被檢項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)值、被檢儀器與FLUKE5500A和GPIB控制器的連接圖。檢定員按連接圖（FLASH動畫）連接儀器，在確認(rèn)連接正確后，檢查是否有IVI驅(qū)動程序，在安裝驅(qū)動程序后運(yùn)行MAX配置工具，完成配置后即可運(yùn)行相應(yīng)的測試程序，把測試結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫，并打印相應(yīng)的合格/不合格報告。其流程圖見圖3。

對于IVI儀器，廠家會提供IVI驅(qū)動程序只需要編寫少量代碼即可實(shí)現(xiàn)對儀器的檢定，主程序簡單，便于管理。IVI基金會的目標(biāo)是支持95%的儀器?；贗VI技術(shù)的數(shù)字儀器的檢定將會是儀器檢定的必然之路。

但是并不是所有的儀器都支持IVI。對于非IVI儀器，使用LabWindows/CVI中的IVI驅(qū)動開發(fā)向?qū)О褍x器程控命令樹中所有底層命令封裝成一系列帶有圖像面板的高層函數(shù)，完成IVI驅(qū)動程序的開發(fā)，使它成為IVI儀器。其特點(diǎn)是前期開發(fā)IVI驅(qū)動程序工作量大，但是后期測試程序開發(fā)和維護(hù)工作量少。

數(shù)據(jù)庫管理主要包括用戶管理、被檢儀器型號管理、檢定項(xiàng)目管理、檢定報告管理、檢定項(xiàng)目指標(biāo)管理以及數(shù)據(jù)查詢6個模塊。

數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時帶寬

帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復(fù)信號采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時帶寬，數(shù)字實(shí)時帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時帶寬=最高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號的測量，而數(shù)字實(shí)時帶寬則同時適合重復(fù)信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數(shù)字實(shí)時帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

有關(guān)采樣速率

采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時間內(nèi)，對模擬輸入信號的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象

如果示波器的輸人信號為一個100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍?，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對于一個未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩(wěn)定下來，也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會發(fā)生混迭，如一個500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發(fā)生：

·調(diào)整掃速；

·采用自動設(shè)置（Autoset）；

·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。

·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。

2.采樣速率與t/div的關(guān)系

每臺數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個定值。但是，在任意一個掃描時間t/div，采樣速率fs由下式給出：

fs=N/(t/div) N為每格采樣點(diǎn)

當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：

表1掃速與采樣速率

t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25

綜上所述，使用數(shù)字示波器時，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。

數(shù)字示波器的上升時間

在模擬示波器中，上升時間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測量方法的原因，以致于自動測量出的上升時間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時上升時間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測量同一波形時的一組掃速與上升時間的數(shù)據(jù)：

表2掃速與上升時間 t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216

由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時間是一個定值，而用數(shù)字示波器測量出來的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時間與掃速無關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測出的時間來反推出信號的上升時間。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器憑借數(shù)字技術(shù)和軟件大大擴(kuò)展了工作能力，早期產(chǎn)品的取樣率低、存在較大死區(qū)時間、屏幕刷新率低等不足得到較大改善，以前難以觀察的調(diào)制信號、通訊眼圖、視頻信號等復(fù)合信號越來越容易觀察。數(shù)字示波器可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和分析，特別適合于捕獲復(fù)雜動態(tài)信號中產(chǎn)生的全部細(xì)節(jié)和異?，F(xiàn)象，因而在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了讓示波器工作在合格的狀態(tài)，對示波器定期、快速、全面的檢定，保證其量值溯源，是擺在測試工程師面前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

手工檢定效率低，容易出錯，對每一種示波器的檢定需要測試工程師翻閱大量的資料；自動測試系統(tǒng)具有準(zhǔn)確快速地測量參數(shù)、直觀地顯示測試結(jié)果、自動存儲測試數(shù)據(jù)等特性，是傳統(tǒng)的手工測試無法達(dá)到的。用自動測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對示波器的程控檢定將會是儀器檢定的趨勢。

GPIB、VXI、PXI是自動測試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線，GPIB以性能穩(wěn)定、操作方便、價格低廉贏得用戶的認(rèn)可。這里選用了GPIB作為測試系統(tǒng)的總線。

數(shù)字示波器，英文名：Digital Oscilloscope

數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時帶寬

帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復(fù)信號采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時帶寬，數(shù)字實(shí)時帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時帶寬=最高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號的測量，而數(shù)字實(shí)時帶寬則同時適合重復(fù)信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數(shù)字實(shí)時帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時間內(nèi)，對模擬輸入信號的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象

如果示波器的輸人信號為一個100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍?，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩(wěn)定?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對于一個未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢？可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時基檔，看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生；或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩(wěn)定下來，也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會發(fā)生混迭，如一個500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發(fā)生：

·調(diào)整掃速；

·采用自動設(shè)置（Autoset）；

·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。

·如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。

2.采樣速率與t/div的關(guān)系

每臺數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個定值。但是，在任意一個掃描時間t/div，采樣速率fs由下式給出：

fs=N/(t/div)　N為每格采樣點(diǎn)

當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù)：

表1掃速與采樣速率

t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25

綜上所述，使用數(shù)字示波器時，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。

數(shù)字示波器的上升時間

在模擬示波器中，上升時間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測量方法的原因，以致于自動測量出的上升時間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間，這時上升時間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn)，則同樣的波形，上升時間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外，上升時間還與掃速有關(guān)，下面是TDS520B測量同一波形時的一組掃速與上升時間的數(shù)據(jù)：

表2掃速與上升時間

t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216

由上面這組數(shù)據(jù)可以看出，雖然波形的上升時間是一個定值，而用數(shù)字示波器測量出來的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時間與掃速無關(guān)，而數(shù)字示波器的上升時間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數(shù)字示波器時，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測出的時間來反推出信號的上升時間。

1.體積小、重量輕，便于攜帶，液晶顯示器

2.可以長期貯存波形，并可以對存儲的波形進(jìn)行放大等多種操作和分析

3.特別適合測量單次和低頻信號，測量低頻信號時沒有模擬示波器的閃爍現(xiàn)象

4.更多的觸發(fā)方式，除了模擬示波器不具備的預(yù)觸發(fā)，還有邏輯觸發(fā)、脈沖寬度觸發(fā)等

5.可以通過GPIB、RS232、USB接口同計算機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀連接，可以打印、存檔、分析文件

6.有強(qiáng)大的波形處理能力，能自動測量頻率、上升時間、脈沖寬度等很多參數(shù)

1.失真比較大，由于數(shù)字示波器是通過對波形采樣來顯示，采樣點(diǎn)數(shù)越少失真越大，通常在水平方向有512個采樣點(diǎn)，受到最大采樣速率的限制，在最快掃描速度及其附近采樣點(diǎn)更少，因此高速時失真更大。

2.測量復(fù)雜信號能力差，由于數(shù)字示波器的采樣點(diǎn)數(shù)有限以及沒有亮度的變化，使得很多波形細(xì)節(jié)信息無法顯示出來，雖然有些可能具有兩個或多個亮度層次，但這只是相對意義上的區(qū)別，再加上示波器有限的顯示分辨率，使它仍然不能重現(xiàn)模擬顯示的效果。

3.可能出現(xiàn)假象和混淆波形，當(dāng)采樣時鐘頻率低于信號頻率時，顯示出的波形可能不是實(shí)際的頻率和幅值。數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時需借助內(nèi)插計算，容易出現(xiàn)混淆波形。

應(yīng)用本方法組建的測試系統(tǒng)對IVI儀器Hp54815等進(jìn)行了檢定，對非IVI儀器XJ4321等開發(fā)了IVI驅(qū)動程序，對其垂直靈敏度、瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、掃描時間因素誤差、掃描時間因素線性誤差5項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行檢定，保存檢定結(jié)果并打印檢定證書。實(shí)踐證明：檢定過程變得快速和簡單；自動檢定和人工檢定的結(jié)果是一致的。

本文介紹的數(shù)字示波器檢定系統(tǒng)以GPIB為總線，綜合運(yùn)用了IVI技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器的自動檢定，具有操作方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，為組建功率計、頻譜分析儀、任意波形/函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字多用表的綜合數(shù)字儀器自動檢定系統(tǒng)提供了參考。

數(shù)字示波器自上個世紀(jì)七十年代誕生以來，其應(yīng)用越來越廣泛，已成為測試工程師必備的工具之一。隨著近幾年來電子技術(shù)取得突破性的發(fā)展，全世界數(shù)字示波器市場進(jìn)一步擴(kuò)大，而作為在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演重要角色的中國，飛速發(fā)展的電子產(chǎn)業(yè)也催生了更龐大的數(shù)字示波器需求市場。

面對如此龐大的市場，世界以及中國本土示波器制造商一方面增強(qiáng)中國市場的進(jìn)軍力度，另一方面也緊貼市場的需求，最大程度的滿足用戶的實(shí)際使用需求。RIGOL(北京普源精電科技發(fā)展有限公司)總經(jīng)理李維森指出：目前新的技術(shù)應(yīng)用越來越多，測試要求也越來越高，誰能不斷滿足用戶不斷變化的測試需求，誰就能贏得市場。

不斷滿足行業(yè)應(yīng)用新標(biāo)準(zhǔn)

一些業(yè)內(nèi)主要廠商，例如微軟，Intel，三星或者西門子等等，他們在實(shí)現(xiàn)各自的遠(yuǎn)景目標(biāo)過程中都會借助很多的行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)。就拿PC來說，一個PC內(nèi)所含的新標(biāo)準(zhǔn)不下二十種。作為測試平臺的提供者，為PC行業(yè)的用戶提供測試方案時，就必須考慮這二十多種新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)為PC行業(yè)的用戶分別提供測試軟件和解決方案。在今后的通信和娛樂消費(fèi)電子行業(yè)，特別是電源設(shè)計領(lǐng)域，新的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，電子設(shè)計工程師在技術(shù)開發(fā)的過程中每天都要面臨著這些新技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)。示波器制造企業(yè)就需要針對這些新的標(biāo)準(zhǔn)推出自己的解決方案和工具，從而幫助用戶基于這些新的技術(shù)開發(fā)出新的產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品最終能夠促進(jìn)整個電子行業(yè)的發(fā)展。

在與國外測試測量巨頭的博弈中，示波器領(lǐng)域，中國企業(yè)已取得非常大的突破。RIGOL公司作為中國儀器界崛起的生力軍，繼DS5000系列數(shù)字示波器創(chuàng)下銷售佳績，獲得專業(yè)人士好評之后，于2006年初又投下一顆重磅炸彈，推出一款性能卓著的緊湊型數(shù)字存儲示波器――DS1000系列。DS1000系列在性能上不僅全面超過國外同類產(chǎn)品，打破了在這個領(lǐng)域國外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，同時又在原DS5000系列產(chǎn)品上大膽創(chuàng)新，使DS1000系列成為為數(shù)不多體積小巧、功能強(qiáng)大、性能卓越的低端數(shù)字示波器，彌補(bǔ)了國內(nèi)空白。

在很多生產(chǎn)領(lǐng)域，數(shù)字產(chǎn)品離不開模擬產(chǎn)品的配合，各種新型應(yīng)用對模擬產(chǎn)品提出了新要求，同時也影響著模擬產(chǎn)品的發(fā)展方向。以目前市場熱點(diǎn)3G手機(jī)為例，其實(shí)數(shù)字算法問題早已解決，但電源待機(jī)時間、聲音效果、背光等還不能滿足用戶的需求，而這些都屬于模擬技術(shù)的范疇。

此外，信號傳輸在現(xiàn)代工程中是很重要的一個技術(shù)環(huán)節(jié)，通常使用多芯電纜將模擬信號和數(shù)字信號獨(dú)立多線傳輸。但在信號傳輸中，數(shù)字信號將對模擬信號產(chǎn)生干擾，目前采用的解決方法是可以設(shè)計這樣一個系統(tǒng)：利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號在單線中的混合傳輸。而這其中的測試和調(diào)試就要求示波器必須能構(gòu)對數(shù)字信號和模擬信號同時進(jìn)行分析和顯示。使用DS1000示波器可以同時采集16路輸入DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的數(shù)字信號和兩路輸出的模擬信號。這一性能給數(shù)字模擬混合信號的開發(fā)、測量和調(diào)試帶來了極大的方便。

李維森表示，RIGOL近幾年中之所以能夠快速增長，其中的一個重要原因就是利用強(qiáng)大的本土優(yōu)勢，能很好地應(yīng)對來自客戶和整個行業(yè)的一系列新標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果就是用戶能夠更快更好地完成他們的工作。

功能集成趨勢明顯

有關(guān)專家指出，在今后幾年中，高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)還將面臨著一個非常重要的發(fā)展趨勢，這就是不論是開發(fā)未來的手機(jī)、計算機(jī)系統(tǒng)還是高速通信系統(tǒng)，用戶會越來傾向于同時使用一臺示波器和一臺頻譜分析儀，來同時從不同的角度全方位地捕獲和分析系統(tǒng)中的信號，從而解決來源于不同角度的問題。今后市場的發(fā)展讓示波器需要面對更多的應(yīng)用，因此示波器的多功能集成對于測試供應(yīng)商來說更為重要。所以企業(yè)在開發(fā)測試平臺時不僅要提供多功能硬件平臺，同時也通過提供合理的應(yīng)用軟件來豐富測試平臺，能夠去面對各種復(fù)雜的測試任務(wù)。

目前國內(nèi)外示波器制造商都在向這個方向發(fā)展。RIGOL新近推出的DS1000系列數(shù)字示波器具有相當(dāng)卓越的性能指標(biāo)和眾多強(qiáng)大的功能。DS1000系列是目前市場上唯一包含了邏輯分析模塊的低端數(shù)字示波器，不僅如此它還具備豐富的觸發(fā)功能和獨(dú)一無二的可調(diào)觸發(fā)靈敏度，用戶可用一臺示波器同時觀測模擬和數(shù)字信號，并可以在各種復(fù)雜信號中穩(wěn)定觸發(fā);顯示器采用16位彩色TFT液晶顯示系統(tǒng)，使波形顯示更加清晰;DS1000存儲深度最大可達(dá)1M，正常模式也可達(dá)到512K。

除了以上創(chuàng)新功能外，DS1000還具有諸如模擬顯示、數(shù)字濾波器、波形錄制、波形亮度調(diào)節(jié)、USBHOST功能，并支持U盤和USB接口打印機(jī)，滿足客戶多方面的操作需求。使用戶在測試過程中，真正達(dá)到一次多測量的功能需求。

專家強(qiáng)調(diào)，電子新技術(shù)的發(fā)展，使得工程師的測試工作越來越繁瑣，也使得他們的任務(wù)越來越重，很明顯這些工程師更趨向于能夠一次可以實(shí)現(xiàn)多測試功能，節(jié)省工作時間，提高工作效率的數(shù)字示波器。

在多功能的應(yīng)用中，觸發(fā)功能顯得非常重要，示波器觸發(fā)決定了利用示波器能夠捕獲、觀看和測量的信號。觸發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)體現(xiàn)了一個簡單的問題：在頻率范圍頂部附近捕獲信號時，對信號振幅的要求則是觸發(fā)靈敏度與模擬采樣帶寬相匹配。

在工程師的日常工作中，經(jīng)常要觀察一些特殊信號的變化過程，但是之前所使用的示波器只具有上升或下降沿觸發(fā)的功能，并且只針對單個信號。DS1000系列示波器的觸發(fā)方式有一種就是上升&下降沿觸發(fā)，解決了這個難題。斜率觸發(fā)是根據(jù)信號的上升/下降時間的快慢來判斷觸發(fā)，相比邊沿觸發(fā)更加靈活和準(zhǔn)確。而DS1000系列示波器的觸發(fā)功能中，交替觸發(fā)功能顯示出了明顯的優(yōu)勢。交替觸發(fā)功能是模擬示波器的功能在數(shù)字示波器中的重現(xiàn)，這一功能保證了即使是兩個非同步信號，也能夠同時穩(wěn)定的觸發(fā)，大大提高了工作效率。

趨于美觀、更具移動性

當(dāng)一個行業(yè)以及產(chǎn)品發(fā)展到極度成熟的時候，實(shí)用性與藝術(shù)性都會同時體現(xiàn)出來。當(dāng)代數(shù)字示波器除了追求強(qiáng)大的功能以外，外觀精美、款式小巧，便于移動也成為發(fā)展的一個趨勢。

具有強(qiáng)大功能的DS1000系列最直觀的特點(diǎn)就是它的超薄設(shè)計和精巧外觀。多年來，示波器制造商一直遵循CRT領(lǐng)域的設(shè)計規(guī)則，示波器在體積方面要能夠適應(yīng)深CRT和相關(guān)電子器件。這導(dǎo)致其包裝很大、通常也很笨重，很難移動或很難安放在工程師的工作臺上。而DS1000系列緊湊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得其厚度僅僅只有154mm，體積是同類產(chǎn)品的1/3左右。小巧的體積大大減少了桌面的占用面積，非常適合擁擠的工作臺使用，而且便于攜帶。不僅如此，外觀完美的圓弧曲線設(shè)計、精致的按鈕大大增加了機(jī)器的美感和觸感。

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本書從理論和實(shí)踐兩方面介紹了數(shù)字示波器的基礎(chǔ)理論和具體應(yīng)用，分為上、下兩卷。上卷介紹數(shù)字示波器的工作原理，從被測對象的特征、示波器硬件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵概念和技術(shù)點(diǎn)、波形參數(shù)測量定義、探頭技術(shù)原理等角度探討數(shù)字示波器的工作原理和相關(guān)概念。下卷介紹數(shù)字示波器在測試各種總線和接口標(biāo)準(zhǔn)上的具體應(yīng)用，從通用的測量分析(抖動、眼圖、均衡、嵌入、去嵌入)，到具體的低速和高速總線和接口的測量，比較全面地介紹了數(shù)字示波器的各種具體應(yīng)用。本書適合從事電子工程領(lǐng)域和通信工程領(lǐng)域的數(shù)字系統(tǒng)研發(fā)和測試工作者，以及大專院校電子工程、通信工程、電子測量與儀器儀表等專業(yè)的師生閱讀。