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示波器原理由示波器主板讲解
(2024年7月13日更新)

示波器是一种广泛使用的电子测量仪器。俗话说,电是看不见摸不着的。但而,示波器可以帮助我们看到电信号,方便人们研究各种电气现象的变化过程。因此,示波器的核心功能像它的名字一样,是一种显示电信号波形的仪器,供工程师查找定位问题或评估系统性能等。

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波形也有多种定义,如时域或频域的波形。对于示波器,电压大多随时间变化,即时域的波形。因此,示波器可以分析被测点的电压变化,从而广泛应用于各种电子行业和领域。


一般来说,我们行业对示波器的分类仅根据模拟示波器和数字示波器进行划分。一些制造商可能会将其命名为其他名称,以突出其示波器的某些功能,如数字荧光示波器。但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,主要基于阴极射线管(也称为显像管,通过水平偏转和垂直偏转系统在屏幕的荧光材料上显示波形。

然而,到目前为止,模拟示波器的剩余优势似乎只是价格。它没有存储数据和分析波形的能力,触发功能有限,不能捕获单个和偶尔的信号。此外,由于它使用了大量的模拟设备,这些设备也会随着时间和温度的变化而变化,因此性能不稳定。模拟示波器几乎被淘汰在现代电子测量中,所以我们今天主要讨论的是数字示波器。


由于显示技术的限制,早期的数字示波器仍然使用模拟示波器CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)显示屏。与模拟示波器最大的区别在于,输入的信号不再直接击中显示屏,而是通过ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)将信号采样和数字化处理存储在高速缓存中,然后通过信号处理电路读取数据。


由于早期数字示波器的使用CRPericom代理T因此,还需要需要通过DAC数模转换器将数字量转换为模拟量显示CRT显示屏上。大多数现代数字示波器不再使用CRT相反,液晶显示屏不仅减少了很多体积,而且提供了更方便的触摸功能,不再需要将数字采样点转换为模拟信号。由于两者在功能结构上没有本质区别,行业一般没有本质区别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组成部分是ADC存储采集的数据。现代数字示波器采集数据的主要过程是通过这个麦科信STO1104C直观了解智能示波器主板:

①通过探头将信号衰减成适当的比例,并将其发送到示波器前端。示波器能测量多少电压一般取决于探头。通过衰减,探头可以将数万伏的电压信号转换为数十伏。


②信号通过耦合电路到达前端衰减器和放大器。示波器软件调整垂直齿轮,使波形尽可能覆盖整个屏幕,提高垂直精度,使测量更准确。前端部分在很大程度上决定了示波器的第一个指标:带宽。

③ARM处理器控制FPGA调节ADC由于存储深度为固定值,模数转换器的采样率在示波器软件上表现为调节时基 = 存储深度 ÷ 时基设置的变化通常是通过改变采样率来实现的。因此,厂家标注的采样率往往在特定时基设置下有效,在大时基下,由于存储深度的影响,采样率必须降低。ADC模数转换器和RAM高速存储器影响示波器的另外两个指标:采样率和存储深度。


④接下去,由FPGA驱动ADC同步采样,ADC二进制数据化收集到的数据,并写入高速缓存。存储器缓存是存储深度,一般存储器的大小是示波器标记存储深度的四倍,因为FPGA无法控制示波器的触发,因此收集到的信号必须首先识别存储深度的两倍,然后根据触发器筛选其中一个波形,以便在触发位置之前看到波形。由于示波器在筛选前采集的波形时不能停止采集,否则波形捕获率太低,需要继续采集相同长度的采样点,重复四倍。

⑤接到触发指令后,存储器将数据交给ARM处理器处理


⑥ARM处理器通过显示接口将数据输出到显示屏输出到显示户显示数据。通过计算,示波器还可以模仿模拟示波器的多级辉度显示,以及数字示波器独特的色温显示效果和余辉显示效果。


⑦在处理数据后,示波器可以将当前的波形图像或数据存储在存储器中。请注意,这里的存储完全不同于存储深度的高速不同。大多数示波器使用U盘等外部存储器,SD卡片、计算机等,现在一些现代示波器将内置大存储,可以直接存储在示波器中。


在这个过程中,②③④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能够连续实时显示在屏幕上,显示的两个波形之间会有波形数据丢失,即死区时间,这也是数字示波器与模拟示波器相比最大的缺点。然而,随着示波器计算能力的提高,波形捕获率的上升,这一缺点正在慢慢弥补。


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