電子設(shè)備可以分成兩類:模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。模擬設(shè)備適用于連續(xù)變化的電壓，數(shù)字設(shè)備則適用于表示電壓樣點(diǎn)的離散的二進(jìn)制數(shù)字。傳統(tǒng)留聲機(jī)是一種模擬設(shè)備，而唱片 播放機(jī)則是一種數(shù)字設(shè)備。

示波器可以按類似方式分類，分成模擬示波器和數(shù)字示波器。與模擬示波器相比，數(shù)字示波器采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，把測得的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息。它作為一串樣點(diǎn)采集波形，然后存儲(chǔ)這些樣點(diǎn)，直到累積足夠的樣點(diǎn)，描述波形。然后，數(shù)字示波器會(huì)重組波形，顯示在屏幕上，如圖所示。

數(shù)字示波器可以分成數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSOs)、數(shù)字熒光示波器(DPOs)、混合信號(hào)示波器(MSOs)和數(shù)字采樣示波。

數(shù)字方法意味著示波器可以以相應(yīng)的穩(wěn)定性、亮度和清晰度顯示范圍內(nèi)的任何頻率。對重復(fù)的信號(hào)，數(shù)字示波器的帶寬與示波器前端器件的模擬帶寬有關(guān)，通常稱為-3dB點(diǎn)。對單次和瞬態(tài)事件，如脈沖和階躍，帶寬會(huì)受到示波器的采樣率限制。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器

傳統(tǒng)數(shù)字示波器稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)。其顯示一般依賴光柵類屏幕，而不是老式模擬示波器中的發(fā)光熒光。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)可以捕獲和觀察可能只發(fā)生一次的事件，稱為瞬態(tài)信號(hào)。由于波形信息以數(shù)字形式存在，作為一串存儲(chǔ)的二進(jìn)制值，因此可以在示波器內(nèi)部或使用外部計(jì)算機(jī)分析、歸檔、打印及以其它方式處理這些波形信息。波形不需要是連續(xù)的;在信號(hào)消失時(shí)，甚至可以顯示這些波形。與模擬示波器不同，數(shù)字存儲(chǔ)示波器提供永久的信號(hào)存儲(chǔ)功能及全面的波形處理功能。然而，DSO一般沒有實(shí)時(shí)輝度等級，因此，它們不能表示實(shí)時(shí)信號(hào)中變化的輝度。

構(gòu)成DSO的部分子系統(tǒng)與模擬示波器中類似。但是，DSO包含額外的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用來收集和顯示整個(gè)波形的數(shù)據(jù)。DSO采用串行處理結(jié)構(gòu)，在屏幕上捕獲和顯示信號(hào)，如圖12所示。下面介紹一下這種串行處理結(jié)構(gòu)。

串行處理結(jié)構(gòu)

與模擬示波器類似，DSO的第一個(gè)(輸入)階段是垂直放大器。垂直控制功能允許在這個(gè)階段調(diào)節(jié)幅度和位置范圍。然后，水平系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)在離散的時(shí)點(diǎn)上對信號(hào)采樣，把這些時(shí)點(diǎn)上的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，稱為樣點(diǎn)。這個(gè)過程稱為信號(hào)數(shù)字化。

水平系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘決定著ACD采樣的頻次。這一速率稱為采樣率，用每秒樣點(diǎn)數(shù)(S/s)表示。來自ADC的樣點(diǎn)作為波形點(diǎn)存儲(chǔ)在采集存儲(chǔ)器中。多個(gè)樣點(diǎn)可能會(huì)構(gòu)成一個(gè)波形點(diǎn)。多個(gè)波形點(diǎn)結(jié)合在一起，構(gòu)成一條波形記錄。創(chuàng)建波形記錄使用的波形點(diǎn)數(shù)量稱為記錄長度。觸發(fā)系統(tǒng)決定著記錄的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。

DSO的信號(hào)路徑包括一個(gè)微處理器，實(shí)測信號(hào)經(jīng)過這個(gè)微處理器傳送到顯示器上。這個(gè)微處理器處理信號(hào)，協(xié)調(diào)顯示Я糕制飄用旉蓯飯剴頭黔鷯鵜告動(dòng)埈粬己鋣昝饗治⌒Л箤地阿管理前面板控制功能，等等。然后信號(hào)傳送通過顯示存儲(chǔ)器，顯示在示波器屏幕上。

視示波器的功能，可能會(huì)對樣點(diǎn)進(jìn)行額外的處理，增強(qiáng)顯示。還可能會(huì)提供預(yù)觸發(fā)功能，可以看到觸發(fā)點(diǎn)前面的事件。當(dāng)前大多數(shù)數(shù)字示波器還可以選擇自動(dòng)參數(shù)測量，簡化了測量過程。

如圖所示，DSO在單次多通道儀器中提供了非常高的性能。DSO特別適合重復(fù)率低的應(yīng)用或單次高速多通道設(shè)計(jì)應(yīng)用。在實(shí)際數(shù)字設(shè)計(jì)環(huán)境中，工程師通常同時(shí)考察四個(gè)或四個(gè)以上的信號(hào)，使得DSO成為關(guān)鍵儀器。

數(shù)字熒光示波器

數(shù)字熒光示波器(DPO)提供了一種新的示波器結(jié)構(gòu)方法。通過這種結(jié)構(gòu)，DPO可以提供獨(dú)特的采集和顯示功能，準(zhǔn)確地重建信號(hào)。

DSO采用串行處理結(jié)構(gòu)捕獲、顯示和分析信號(hào)，DPO則采用并行處理結(jié)構(gòu)執(zhí)行這些功能，如圖所示。DPO結(jié)構(gòu)要求使用獨(dú)特的ASIC硬件采集波形圖像，提供高波形捕獲速率，實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)查看水平。這種性能提高了看到數(shù)字系統(tǒng)中發(fā)生的瞬態(tài)事件的概率，如欠幅脈沖、毛刺和跳變錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的分析功能。下面介紹了這種并行處理結(jié)構(gòu)。

并行處理結(jié)構(gòu)

DPO的第一個(gè)(輸入)階段與模擬示波器類似，也是垂直放大器，第二個(gè)階段與DSO類似，是一個(gè)ADC。但是，在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，DPO與前幾代產(chǎn)品有著明顯的差別。

對任何示波器來說，不管是模擬示波器、DSO還是DPO，總有一個(gè)觸發(fā)釋抑時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，儀器處理最新采集的數(shù)據(jù)，復(fù)位系統(tǒng)，等待下一個(gè)觸發(fā)事件。在這段時(shí)間內(nèi)，示波器看不見所有信號(hào)活動(dòng)?？吹脚及l(fā)事件或低重復(fù)率事件的概率會(huì)隨著觸發(fā)釋抑的時(shí)間提高而下降。

應(yīng)該指出的是，只看顯示更新速率，是不可能確定捕獲概率的。如果您只依賴更新速率，那么很容易錯(cuò)誤地認(rèn)為，示波器正在捕獲與波形有關(guān)的所有信息，但事實(shí)上卻沒有。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器以串行方式處理捕獲的波形。在這個(gè)過程中，微處理器的速度是瓶頸，因?yàn)樗拗浦ㄐ尾东@速率。DPO把數(shù)字化的波形數(shù)據(jù)光柵化到數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫中。每1130秒(大約和人眼能夠感受到的速度一樣)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的信號(hào)圖像快照會(huì)通過管線直接傳送到顯示系統(tǒng)。這種波形數(shù)據(jù)直接光柵化及從數(shù)據(jù)庫直接拷貝到顯示存儲(chǔ)器，消除了其它結(jié)構(gòu)中固有的數(shù)據(jù)處理瓶頸。其結(jié)果，增強(qiáng)了“實(shí)時(shí)”顯示更新功能。它實(shí)時(shí)捕獲信號(hào)細(xì)節(jié)、間歇性事件及信號(hào)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。DPO的微處理器與這個(gè)集成采集系統(tǒng)并行工作，實(shí)現(xiàn)顯示管理、測量自動(dòng)化和儀器控制，從而不會(huì)影響示波器的采集速度。

DPO忠實(shí)地仿真模擬示波器的**顯示屬性，用三個(gè)維度顯示信號(hào):時(shí)間、幅度和幅度在時(shí)間上的分布，而且所有信息都是實(shí)時(shí)顯示的。

與模擬示波器依賴化學(xué)熒光不同，DPO采用純電子數(shù)字熒光，其實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)更新的數(shù)據(jù)庫。對示波器顯示畫面中的每一個(gè)像素，這個(gè)數(shù)據(jù)庫有一個(gè)單獨(dú)的信息“單元”。每次在捕獲波形時(shí)，換句話說，每次在示波器觸發(fā)時(shí)，它都映射到數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫的單元中。表示屏幕位置、波形接觸的每個(gè)單元都會(huì)使用輝度信息加強(qiáng)，而其它單元?jiǎng)t不會(huì)。這樣，輝度信息會(huì)在波形最經(jīng)常傳送的單元中累積。

在數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫輸送到示波器的顯示器時(shí)，顯示器會(huì)揭示加強(qiáng)的波形區(qū)域，且與每個(gè)點(diǎn)上的信號(hào)發(fā)生頻率成比例，這在很大程度上與模擬示波器的輝度等級特點(diǎn)類似。DPO還允許作為對比顏色在顯示器上顯示發(fā)生頻率變化的信息，這一點(diǎn)不同于模擬示波器。在DPO中，可以很容易看到幾乎每次觸發(fā)都發(fā)生的波形與每100次觸發(fā)才發(fā)生一次的波形之間的差別。

數(shù)字熒光示波器(DPOs)掃清了模擬示波器技術(shù)與數(shù)字示波器技術(shù)之間的障礙。它們都同樣適合實(shí)時(shí)觀察高頻和低頻、重復(fù)波形、瞬態(tài)信號(hào)及信號(hào)變化。只有DPO實(shí)時(shí)提供了Z(輝度)軸，而傳統(tǒng)DSO中則沒有這個(gè)軸。

DPO特別適合在多種應(yīng)用需要最通用的設(shè)計(jì)和調(diào)試工具的客戶，如圖所示。DPO多用于高級分析、通信模板測試、間歇性信號(hào)的數(shù)字調(diào)試、重復(fù)的數(shù)字設(shè)計(jì)和定時(shí)應(yīng)用。

數(shù)字采樣示波器

與數(shù)字存儲(chǔ)示波器和數(shù)字熒光示波器結(jié)構(gòu)相比，在數(shù)字采樣示波器的結(jié)構(gòu)中，衰減器/放大器和采樣橋接器的位置顛倒，如圖18所示。它先對輸入信號(hào)采樣，然后執(zhí)行衰減或放大。然后在采樣橋接器后面，可以使用低帶寬放大器因?yàn)樾盘?hào)已經(jīng)被轉(zhuǎn)采樣門轉(zhuǎn)換成較低的頻率，從而大大提高儀器帶寬。

然而，這種高帶寬的代價(jià)是采樣示波器的動(dòng)態(tài)范圍有限。由于采樣門前面沒有衰減器/放大器。因此沒有工具對輸入定標(biāo)。采樣橋接器必須能夠在任何時(shí)間處理輸入的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍。因此，大多數(shù)采樣示波器的動(dòng)態(tài)范圍限定在大約1V。-,。而數(shù)字存儲(chǔ)示波器和數(shù)字熒光示波器則可以處理50- 100 V。

此外，保護(hù)二極管不能放在采樣橋接器的前面，因?yàn)檫@會(huì)限制帶寬。這把采樣示波器的安全輸入電壓限定在大約3V，相比之下，其它示波器上的安全輸入電壓為500 V。

在測量高頻信號(hào)時(shí)，DSO或DPO可能不能在一次掃描中采集足夠的樣點(diǎn)。在準(zhǔn)確地捕獲頻率成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器采樣率的信號(hào)時(shí)，數(shù)字采樣示波器提供了理想的工具，如圖19所示。這種示波器測量信號(hào)的速度要比任何其它示波器快一個(gè)量級。對重復(fù)信號(hào)，它實(shí)現(xiàn)的帶寬和高速定時(shí)要比其它示波器高10倍。市場上提供了帶寬高達(dá)80GHz的順序等效時(shí)間采樣示波器。