【導(dǎo)讀】數(shù)字示波器的原理決定了波形觀測必然存在死區(qū)時間,而死區(qū)時間的長短直接影響示波器捕獲異常信號的能力。你當(dāng)前用的示波器的死區(qū)時間具體是多少,怎么去計算呢,本文將為你揭曉答案。
一.采樣時間、死區(qū)時間和捕獲時間
數(shù)字示波器捕獲信號的過程是典型的“采集-處理-采集-處理”過程,如圖1所示為數(shù)字示波器的采集原理,一個捕獲周期由采樣時間和(處理時間)死區(qū)時間組成,如圖2所示。
圖1 示波器采集原理圖
采樣時間:是信號采樣存儲的過程。
死區(qū)時間(處理時間):是示波器對采樣存儲回來的數(shù)字信號進行測量運算,顯示等處理的過程。死區(qū)時間內(nèi)示波器不進行采集。
圖2 采樣時間與死區(qū)時間
所以:捕獲時間=采樣時間+死區(qū)時間,而捕獲時間又等于波形刷新率的倒數(shù)。
波形刷新率即波形捕獲率,指的是每秒捕獲波形的次數(shù),表示為波形每秒(wfms/s)。
二.死區(qū)時間的計算
死區(qū)時間的大小影響著遺漏信號的多少,也決定了捕獲異常信號概率的大小,那么如何去計算示波器死區(qū)時間的大小呢?本次以ZDS2024 Plus示波器為例,ZDS2024 Plus的波形刷新率為330Kwfm/s,將時基檔位調(diào)制50ns/div,可以看到異常信號閃現(xiàn)在示波器的屏幕上,如圖3所示。
圖3 ZDS2024 Plus示波器捕獲異常信號
根據(jù)捕獲到的波形進行死區(qū)時間的計算,在50ns/div的時基檔位下以下為計算的過程:
圖4 死區(qū)時間計算公式
三.死區(qū)時間對捕獲信號的影響
上圖4和表1為ZDS2024 Plus示波器與普通示波器的死區(qū)時間對比,在相同的時基檔位下,ZDS2024 Plus有效采樣時間為23.1%,普通示波器有效采樣時間為0.2%,相當(dāng)于在1s內(nèi)ZDS2024 Plus采集231ms,而普通示波器僅僅采集了20ms,相差20倍以上,如圖5所示。
圖5 不同示波器死區(qū)時間對比
從圖5可看出波形刷新率越高,死區(qū)時間就越短,捕獲異常信號的概率就越高;波形刷新率越低,死區(qū)時間就越長,捕獲異常信號的概率就越小。
波形刷新率與死區(qū)時間就像拍照的瞬間,如下圖6所示,拍照的頻率越高,中間間隔的時間就越短,能抓拍到一掠而過的飛機的機率就越高,動靜結(jié)合的美好作品就能呈現(xiàn)在我們眼前。
圖6 拍照頻率對比圖
數(shù)據(jù)采集過程和數(shù)據(jù)信號處理的過程屬于串行關(guān)系,無法同時時進行運作,也就是采集過程無法實時的處理數(shù)據(jù),所以若波形刷新率低,則在信號采集過程中可能導(dǎo)致漏掉關(guān)鍵的異常信號,給調(diào)試工程師一個錯誤的判斷,無法將故障檢測出來,大大延長調(diào)試時間,降低調(diào)試效率。死區(qū)時間是數(shù)字示波器與生俱來的缺陷,沒有辦法消除,但是可以盡量的減小。
那么如何減少死區(qū)時間呢?
死區(qū)時間與波形刷新率息息有關(guān),要減少死區(qū)時間,必須增大波形刷新率,ZDS2024 Plus示波器具有330Kwfm/s的波形刷新率,讓異常信號一覽無余,ZDS4054 Plus示波器具有1Mwfm/s的波形刷新率,可以更快更可靠的查找故障,縮短故障排查所需要的時間。