模拟示波器的多种定义，你知道吗？（上）

示波器是一种非常通用的电子测量仪器。俗话说，电是无形的和无形的。但是示波器可以帮助我们“看到”电信号，这对于人们研究各种电现象的变化过程非常方便。因此，示波器的核心功能与其名称一样，是一种显示电信号波形的仪器，供工程师查找和定位问题或评估系统性能等。

波形还具有多个定义，例如时域或频域波形。对于示波器，大多数时候它们测量电压随时间的变化，即时域波形。因此，示波器可以分析被测点的电压变化，被广泛应用于各种电子工业和领域。

通常，我们行业中的示波器仅分为模拟示波器和数字示波器。一些制造商可能会使用其他名称来命名它们，以突出显示其示波器（例如数字磷光示波器）的某些功能。但是其基本原理仍然无法逃脱这两个示波器类别。

模拟示波器是一种早期示波器，主要基于荧光物质，即阴极射线管（也称为显像管，在早期的电视和监视器中广泛使用）发射的电子束通过水平偏转和垂直偏转系统打到屏幕上。波形显示在显示屏上。

但是现在，模拟示波器的剩余优势似乎是价格。它没有存储数据和分析波形的能力，触发功能也很有限，捕获单个和偶发信号的能力也不佳，并且由于它内部使用了大量的模拟设备，这些设备也将转换时间和温度，因此性能也不稳定。在现代电子测量中，模拟示波器几乎已被淘汰，因此今天我们主要讨论数字示波器。

在早期的数字示波器中，由于显示技术的局限性，模拟示波器上仍使用CRT（阴极射线管）显示。数字示波器和模拟示波器之间的最大区别在于，输入信号不再直接打印在显示屏上，而是由ADC（模数转换器）进行采样和数字化，然后存储在高速缓存中。这里，数据是通过信号处理电路读出的。

由于早期的数字示波器使用CRT进行显示，因此也有必要通过DAC数模转换器将数字量转换为模拟量并将其显示在CRT显示屏上。大多数现代数字示波器不再使用CRT显示器，而是使用LCD显示器，这不仅减小了尺寸，而且还提供了更便捷的触摸功能，并且不再需要转换数字采样点。转换成模拟信号。由于两者的功能结构没有本质上的区别，因此行业中通常没有CRT示波器和LCD示波器的名称。

数字示波器通常被称为数字存储示波器，因为数字示波器的重要部分是存储ADC收集的数据。通过Maxson STO1104C智能示波器的主板，可以直观地了解现代数字示波器收集数据的主要过程：

①信号被探头衰减并以适当的比例发送到示波器的前端。示波器可以测量多少电压通常取决于探头，并且探头可以通过衰减将数万伏特的电压信号转换成数十伏特。

②信号通过耦合电路到达前端衰减器和放大器，示波器软件显示它可以调整垂直档位，使波形尽可能地覆盖整个屏幕，从而提高垂直精度并使得测量更准确。前端部分在很大程度上决定了示波器的第一个指示器：带宽。

③ARM处理器控制FPGA来调整ADC模数转换器的采样率，示波器软件显示它可以调整时基。由于存储深度是固定值，因此采样率=存储深度÷波形记录持续时间。通常，时基设置会更改为。这是通过更改采样率来实现的。因此，制造商标记的采样率通常仅在特定的时基设置下才有效，并且由于大时基下存储深度的影响，必须降低采样率。 ADC模数转换器和RAM高速存储器会影响示波器的其他两个主要指标：采样率和存储器深度。

④接下来，FPGA驱动ADC同步采样，然后ADC将收集的数据转换为二进制数据并将其写入高速缓存。内存缓存是存储深度。通常，存储器的大小是示波器徽标的存储深度的四倍。由于FPGA无法控制示波器的触发信号，因此采集的信号必须首先是徽标存储深度的两倍，然后根据触发信号对一部分波形进行滤波。 ，因此示波器可以在触发位置之前看到波形。并且由于示波器在过滤先前采集的波形时无法停止采集，否则会导致波形捕获率太低，因此同时有必要继续采集相同长度的采样点，并重复进行这样，它将翻两番。

⑤接收到触发指令后，内存将数据传递给ARM处理器进行处理

⑥ARM处理器处理完数据后，将数据输出到显示屏，并通过显示界面将其显示给用户。通过计算，示波器还可以模拟模拟示波器，模拟多级亮度显示，以及数字示波器独特的色温显示效果和余辉显示效果。

⑦示波器处理完数据后，可以将当前波形图像或数据保存到存储器中。应当注意，这里的存储与存储深度的高速缓存完全不同。大多数示波器都使用外部存储器，例如U盘，SD卡，计算机等。现在，某些现代示波器具有内置的大型存储，可以直接将其保存在示波器中。

在此过程中，②③④全部并行处理。

由于数字示波器处理速度的限制，不能保证被测信号的波形可以实时连续地显示在屏幕上。在两个显示的波形之间将丢失波形数据，这称为死区时间，与模拟示波器相比，这也是数字示波器的最大缺点。但是，随着示波器计算能力的提高和波形捕获率的不断提高，这一缺点正在逐步得到弥补。

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