数字存储示波器的组成原理
示波器的采样率和存储深度
示波器的采样率和存储深度带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三大关键指标。
相对于工程师们对示波器带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的选型、评估和测试中为大家所忽视。
这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存储深度这两个指针的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的权衡方法，树立正确的使用示波器的观念。
在开始了解采样和存储的相关概念前，我们先回顾一下数字存储示波器的工作原理。
图1 数字存储示波器的原理组成框图输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，以提高示波器的灵敏度和动态范围。
放大器输出的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入内存中，微处理器对内存中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上。
这就是数字存储示波器的工作过程。
采样、采样速率我们知道，计算机只能处理离散的数字信号。
在模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化（模/数转化）问题。
一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样（sampli ng）。
连续信号必须经过采样和量化才能被计算机处理，因此，采样是数字示波器作波形运算和分析的基础。
通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进制代码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。
采样电压之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。
采样率（sampli ng rate）就是采样时间间隔。
比如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。
列出数字示波器的主要组成部分及其功能
数字示波器是一种广泛应用于电子测量和测试领域的仪器，它可以将电信号转换成图形显示，直观地展现电信号的波形和特征。
数字示波器由许多不同的部分组成，每个部分都扮演着不同的角色，以确保仪器的功能正常运转。
下面我们将列出数字示波器的主要组成部分及其功能：1. 输入部分输入部分是数字示波器接收外部信号的地方，主要包括以下几个部分：- 输入通道：用于连接被测电路的输入端，通常有多个通道，可以同时测量多个信号。
- 输入阻抗：不同的数字示波器可能有不同的输入阻抗选项，通常为50欧姆或1兆欧姆，以适配不同的信号源。
- 输入耦合：选择直流（DC）或交流（AC）耦合，以适应不同的测量需求。
2. 信号采集部分信号采集部分是数字示波器对输入信号进行采样和处理的地方，主要包括以下几个部分：- 采样系统：负责对输入信号进行采样，并将采样到的数据转换成数字信号。
- ADC转换器：将模拟信号转换成数字信号的核心部件，通常有不同的采样速度和分辨率可选。
3. 存储和处理部分存储和处理部分是数字示波器对采集到的信号进行存储和处理的地方，主要包括以下几个部分：- 存储系统：用于存储采集到的波形数据，通常有不同的存储深度可选。
- 处理器：负责对采集到的数据进行处理和分析，通常有不同的处理速度和功能可选。
4. 显示部分显示部分是数字示波器将处理后的信号转换成图形显示的地方，主要包括以下几个部分：- 显示屏幕：用于显示波形图像和测量结果，通常有不同的尺寸和分辨率可选。
- 控制面板：用于操作数字示波器的各项功能和参数设定，通常包括旋钮、按钮和触摸屏等操作元件。
5. 校准和校验部分校准和校验部分是数字示波器保证测量准确性和稳定性的地方，主要包括以下几个部分：- 校准电路：用于校准示波器的各个部分，保证测量结果的准确性。
- 自校准功能：一些数字示波器内置了自动校准功能，可以定期对示波器进行自校准，保证测量结果的稳定性。
通过以上列出的数字示波器的主要组成部分及其功能，可以看出数字示波器是一个高度复杂的仪器，由多个部件共同协作完成对电信号的测量和分析。
数字示波器的原理
数字示波器的原理
数字示波器是一种基于数字信号处理技术的电子测量仪器，它主要由输入信号采集模块、模数转换器、存储器、数字信号处理器、显示器等部分组成。
数字示波器的原理如下：
1.输入信号采集模块。
输入信号采集模块负责将要测试的模拟信号转换为数字信号。
通常采用的方式是使用模数转换器将模拟信号转换成数字信号。
模数转换器将模拟信号所代表的数值转换成等效数字信号，数字信号的大小取决于模数转换器的位数。
例如，8位模数转换器可以转换成256级数字信号。
2.存储器。
存储器用于存储采集到的数字信号，它通常是一个高速存储器，能够在很短的时间内存储大量的数据。
3.数字信号处理器。
数字信号处理器负责对数字信号进行处理和分析。
它可以对存储器中存储的数据进行处理，从而得到所要测量的信号在时间和幅度上的波形。
4.显示器。
显示器用于显示所测量的信号波形。
数字信号处理器将处理后的信号波形发送给显示器，实时显示出信号的振幅、频率、相位等参数。
综上所述，数字示波器利用数字信号处理技术，将模拟信号转换成数字信号，然后存储、处理、分析、显示，实现了求取信号的各种参数和波
形形态的功能。
这可以让电子工程师或者电子技术人员更加准确地评估、分析和诊断电路和系统的性能。
示波器 原理
示波器原理
示波器原理是指示波器的工作原理和工作过程。
示波器是用来测量和观察电信号波形的仪器。
它可以将电信号转换为电压波形，并将波形显示在示波器的屏幕上。
示波器的工作原理主要包括信号输入、信号处理和信号显示三个主要步骤。
在示波器中，信号输入是指将待测信号输入到示波器中进行处理。
通常情况下，示波器有多个输入通道，可以同时测量多个信号。
当信号输入到示波器时，它们会通过输入接口进入示波器的前端电路。
信号处理是示波器中的关键步骤。
示波器会将输入信号放大、滤波和采样等处理，以便获得准确的波形信息。
放大是指示波器对输入信号进行放大，一般采用电子放大器来实现。
滤波是指去除输入信号中的噪声和杂散信号，以便得到清晰的波形。
采样是指示波器对输入信号进行采样，将连续信号转换为离散信号，常用的采样方式有等间隔采样和实时采样。
信号显示是示波器的最后一步，它将处理后的信号转换为电压波形并显示在屏幕上。
示波器的屏幕通常是矢量示波器或者数字示波器，在显示屏上可以观察到信号的振幅、频率、相位等信息。
同时，示波器还可以调整显示的水平和垂直刻度，以便更好地观察波形。
总的来说，示波器通过信号输入、信号处理和信号显示三个主要步骤来实现对电信号波形的测量和观察。
通过理解示波器的
工作原理，我们可以更好地使用示波器进行信号分析和故障排查。
数字存储示波器的组成部分
数字存储示波器的组成部分随着芯片技术的发展，现代的数字存储示波器功能越来越复发，也能够提供更强大的性能和测量分析功能，具备非常复杂的信号采集和信号处理系统，现代的数字存储器主要由五个部分组成（产品图如下）：1、放大器和衰减器信号通过探头或者测试电缆进入示波器内部，首先经过的-放大器和衰减器，对于数字存储示波器来说，前端的放大器和衰减器等电路还都是模拟电路，这部分原理和模拟示波器区别并不大，它们会决定其宽带（示波器的宽带单位Hz），目前市面上已经可以达到几十GHz了，超过100GHz带宽的实时示波器也正在研发中。
2、模数转换通过前端的放大器和衰减器把信号调整到合适的幅度，就会进入到-数字化，这个过程就是通过ADC完成的，以很高的采样率对被测信号进行采样，把输入的连续变化的电信号转换成一个个离散的数字化样点。
3、存储器采样率都很高，通常都在每秒钟几十亿次甚至几百亿次，虽然现在FPGA，DSP，CPU的工作速度和数据处理能力已经非常强大了，但是现在的技术仍然做不到一秒钟内实时处理完几十亿甚至几百亿个样点的数据。
因此在ADC后面都有高速缓存，用来临时存储采样的数据，这些缓存也被称为内存。
缓存的大小通常被称为内存深度，及样点数，也是关键指标之一，单位是Sample，决定了一次连续采集所能猜到的样点数。
其内存是非常高速的缓存，或者是通过高速解复用芯片控制的告诉存储器，单位存储间的实现成本很高，因此扩展存储深度的价格非常昂贵。
4、波形重建先把一段数据采集到告诉缓存中，然后停止采集，再由后面的处理器将缓存中的数据取出进行内插，分析，测量，显示。
5、波形展示数据经过处理器中处理后，红要显示在示波器的屏幕上才能被人眼所看到，显示屏可以采用CRT或者是液晶显示屏。
小编结尾：示波器的发展趋势主要有几个方面：对于10GHz以上的示波器来说，宽带，采样率都在朝更高的地方发展了。
对于1~10GHz的示波器来说，分辨率，低噪声，抖动等也将提升，对应提升产品的测量精度和分析能力。
数字存储示波器的基本原理
数字存储示波器的基本原理数字存储示波器是一种电子测试仪器，它用于测量电信号的电压随时间变化的情况。
与模拟示波器相比，数字示波器具有更高的分辨率，更高的测量精度和更广的测量范围。
数字存储示波器的基本原理是将输入信号转换为数字信号进行处理和显示。
它包括三个主要组成部分：输入部分，信号处理部分和显示部分。
输入部分输入部分是数字存储示波器的首要部分，它包括测量输入信号的通道和信号采样系统。
通道的作用是测量输入信号并将其转换为电压信号，传输到信号采样系统进行数字化处理。
数字存储示波器通常具有多个通道以便于同时测量不同的信号。
信号采样系统的作用是将输入信号转换为数字信号进行处理。
数字存储示波器采用模拟-数字转换器（ADC）将输入信号转换为数字信号，然后将其存储在内存中，以便后续处理和显示。
信号处理部分信号处理部分的作用是对采集到的信号进行处理以提取有用的信息。
它通常包括信号预处理、信号分析和信号处理。
信号预处理的作用是对输入信号进行滤波和放大以提高信噪比并增强信号。
数字存储示波器通常具有多种滤波器，可根据不同的应用需求进行选择。
信号分析的作用是对输入信号进行分析以检测信号的特征。
数字存储示波器通常配有多种分析工具，如频谱分析、升降沿时间、周期计数和电压幅度测量等等。
信号处理的作用是对输入信号进行数字处理以产生有用的结果。
数字存储示波器通常具有多种处理算法，如傅里叶变换、微分和积分等等。
显示部分显示部分的作用是将处理后的信号显示在屏幕上以供用户观察和记录。
数字存储示波器通常具有高分辨率的液晶显示器，可以轻松地显示曲线图形、数据表格、统计图表和波形储存等等。
总之，数字存储示波器是一种基于数字信号处理技术的高精度测量仪器。
它具有广泛的用途，在电子工程、通信工程、计算机工程等领域都有应用。
示波器的使用实验报告
专业：应用物理题目：示波器的使用[实验目的]（1）了解示波器的结构和工作原理。
（2）熟练掌握示波器的基本操作。
（3）学会用示波器测量电压、频率和相位差的方法。
（4）学会周期信号的频谱分析。
（5）观察李萨如图形、拍现象，加深对振动合成的理解。
[实验仪器]TBS1102B-EDU 型数字存储示波器，TFG6920A 型函数/任意波形发生器。
[实验原理]1.数字示波器（1）触发控制（触发器）1）边沿触发：在达到触发电平（阈值）时，输入信号的上升边沿或下降边沿触发示波器，也是示波器默认触发方式。
2）预/后触发：事件发生在显示屏中心触发位置前/后。
3）视频触发：一般由视频信号的场或线触发示波器.4）脉冲宽度触发：一般由异常脉冲触发示波器。
5）触发频率：示波器计算可触发事件发生的速率以确定触发频率并在屏幕的右下角显示该频率。
（2）垂直控制（增益和位置）：将波形进行缩放和上下移动。
（3）采集数据（模式和时基）：通过在不连续点处采集输入信号的值来数字化波形。
1）采样模式：等间隔采集2500点，以水平刻度设置进行显示。
2）峰值检测模式：采集间隔1250，每个间隔取最大值和最小值点，以水平刻度设置进行显示。
多用于检测窄至10ns的毛刺并减少假波现象的概率。
取样速率够快时无需采用峰值检测。
3）平均值模式：将大量波形进行平均，减少信号中的随机噪声。
4）扫描模式：连续监视变换缓慢的信号。
（4）时域假波现象：如果示波器对信号进行采样时不够快，采样率小于1/2信号带宽，违反奈奎斯特抽样定律，从而无法建立精确的波形记录时，就会有假波现象。
判断方法：1.旋转“水平标度”旋钮更改水平刻度，波形剧烈变化。
2.使用“峰值检测”检测速度更快的信号，波形剧烈变化。
3.触发频率大于信息显示速度4.正观察的信号也是触发源时，使用刻度或光标来估计所显示波形的频率与显示屏右下角的“触发频率”读数相比相差很大（5）带宽对波形影响：频率超过带宽，检测精度会下降2.交变信号参数测量交变信号：正弦波：交变信号最简单形式参数：周期T、有效值VRMS 、零-峰值VOP、峰-峰值VPP 、平均值VAVG 方波：只有高低两电平参数：脉冲上升/下降时间、脉冲宽度、电压、占空比（在一个频率周期内高电平所占的时间百分数）三角波：电压逐渐增大突然降到零（1）刻度法：显示屏上相关距离x相关标度（2）光标法;读取光标读数（3）自动测量法：Measure菜单自动完成测量。
物理实验数字示波器
实验13 数字存储示波器实验目的1．了解示波器的基本工作原理和结构；2．学习示波器的基本使用方法；3．学习使用示波器测量正弦波信号的电压和周期；4．学习使用示波器观察李萨如图形。
实验仪器GDS2062数字存储示波器、F05A型数字信号发生器等实验原理1．数字存储示波器的基本原理数字存储示波器（简称数字示波器）与模拟示波器的结构完全不同，它是以微处理器系统（CPU）为核心，再配以数据采集系统、显示系统、时基电路、面板控制电路、存储器及外接控制器等组成。
其简单工作原理见图。
输入的模拟信号首先经垂直增益电路进行放大或衰减变成适于数据采集的模拟信号,随后的数据采集是将连续的模拟信号通过取样保持电路离散化,经A/D变换器变成二进制数码,再将其存入存储器中,采集是在时基电路的控制下进行的,采集的速率可通过“秒/格”旋钮来控制。
采集到的是一串数据流(二进制编码信息),在CPU的控制下依次写入随机存储器中,这些数据就是数字化的波形数据,CPU再不断地将这些数据以定速依次读出,通过显示电路将其还原成连续的模拟信号,使其在显示器上显示出来,屏幕在显示波形的同时,还通过微处理器对采集到的波形数据进行各种运算和分析,并将结果在显示器的适当位置上数字显示出来。
面板上的按钮和旋钮的功能设置都可直接在显示器上数字显示,数字示波器还有RS-232、GPIB等标准通信接口,可根据需要将波形数据送到计算机作更进一步的处理或送打印机打印记录。
2．GDS2062数字存储示波器基本操作图13-1 数字示波器的工作原理图A区：功能控制打开示波器后面的电源开关，按ON/键，示波器通电自检，按AUTOSET 键，示波器自动显示合适的波形。
（1）垂直控制区的操作 通道选择：按下CH1，黄色指示灯亮，示波器显示黄色线为CH1通道信号，按“AUTOSET ”键，示波器自动显示合适的波形。
同样按下CH2，蓝色指示灯亮，示波器显示蓝色线为CH2通道信号。
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2. 抹迹显示方式
适合于观测一长串波形中在一定条件下才会发生的瞬 态信号。
在该方式下，应先按照预期的瞬态信号设置触发电平 和极性。观测开始后仪器工作在末端触发和预置触发 相结合的方式下，当信号数据存储器被装满但瞬态信 号未出现时，实现末端触发，在屏幕上显示一个画面， 保持一段时间后，被新存入的数据更新。
二、DS3012B的技术指标
主要技术指标如表9-1 。
◆思考与练习2
数字存储示波器特有的技术指标主要有哪些？
[知识链接三] 数字存储示波器的显示 方式
1. 存储显示方式
数字存储示波器的基本显示方式，它适合于一般 信号的观测。在一次触发形成并完成信号数据的 存储之后，经过显示前的缓冲存储，并控制缓冲 存储器的地址顺序，依次将欲显示的数据读出， 进行D/A转换后，将其稳定地显示在示波管上。
4. 放大显示方式
放大显示方式适合于观测信号波形的细节，此显示方式是 利用延迟扫描方法实现的。
图9-6 数字存储示波器的延迟扫描放大显示方式
5.X-Y显示方式
X-Y显示方式和通用示波器的显示方法基本相同，可用
于显示李沙育图形。
◆思考与练习3
数字存储示波器有哪几种显示方式？各适用 于观测何种信号？
具有波形存储功能的示波器称为存储示波器，而 将信号以数字形式存储于半导体存储器中的示波 器，称为数字存储示波器。
[知识链接一] 数字存储示波器的组成 原理
数字存储示波器是由系统控制、取样存储和 读出显示三大部分组成，它们之间通过数据 总线、地址总线和控制总线相互联系和交换 信息，以完成各种测试功能。
（8）触发延迟范围。说明信号触发点与时间参考点之间 相对位置的变化范围，又分为正延迟和负延迟（预延 迟），一般用格数或字节数表示。
（9）读写速度。指由存储器中读出数据或对存储器写入 数据的速度，一般用读或写一个字节所用的时间表示， 读写速度都是可以选择的。
（10）输出信号。说明示波器输出信号的种类和特性， 主要包括：输出信号种类、数据编码方式、输出信号电 平、通信接口类型等。
图9-2 数字存储示波器程序结构 图9-3 数字存储示波器的取样和存储过程
图9-4 数字存储示波器的读出和显示过程
◆思考与练习1
说明数字存储示波器的基本组成。
[知识链接二] 数字存储示波器的技术 性能
一、数字存储示波器的技术指标
（1）取样速率。指对被测信号进行取样和A/D转换的 最高频率，通常用最高频率或用一次取样和A/D转换的 最短时间表示。
（2）存储带宽。指以存储方式工作时所具有的频带宽 度，用其上、下限值表示。存储带宽上限值低于最高 取样频率的二分之一。
（3）显示分辨率。通常用A/D转换器或D/A转换器的二 进制位数表示，位数越多，分辨率越高，测量误差和 波形失真越小，一般为8～16位。
（4）存储容量。通常指信号数据存储器的最大容量， 以字节数表示。
一种是用新的波形逐渐代替旧的波形，变化点 自左向右移动，如图9-5（a）所示。
另一种是波形从屏幕的右端推出向左移动，在 左端消失。如图9-5（b）所示。当异常波形出 现时，可按下存储键，将此波形保存在屏幕上 或存入参考波形存储器，示方式
图9-1 数字存储示波器的基本组成框图
1、系统控制部分 系统控制部分由键盘、只读存储器（ROM）、
CPU及I/O接口等组成。CPU控制所有I/O接口和 随机存储器（RAM）的读写、以及地址总线和控 制总线的使用。 2、取样存储部分 取样存储部分主要由输入通道、取样保持电路 （S/H电路）、取样脉冲形成电路、A/D转换器、 信号数据存储器等组成。 3、读出显示部分
若瞬态信号仍未出现，再利用末端触发显示一个画面。 这样一个一个画面地显示下去，像为了查找某个内容 一页一页地翻书一样。一旦预期的瞬态信号出现，则 立即实现预置触发，将捕捉到的瞬态信号波形稳定地 显示在示波管上，并存入参考波形存储器中。
3. 卷动显示方式
卷动显示方式特别适合观测缓变信号中随机出 现的突发信号，它又包括两种形式。
项目九 数字存储示波器
[知识链接一] 数字存储示波器的组成原理 [知识链接二] 数字存储示波器的技术性能 [知识链接三] 数字存储示波器的显示方式
人们在使用示波器对信号波形进行测试时，常希 望被观测的波形能保存一段时间，需要时再取出 来重新加以显示，或与其他波形进行比较。在观 测单次瞬变信号、超低频缓变信号和非周期信号 时，波形的存储和记忆则显得更为重要。
（5）断电存储时间。通常指参考波形存储器断电后能 保存波形的最长时间。
（6）测量计算功能。说明示波器在对被测波形进行测量 时，所具有的各种测量计算功能。如：波形的电压、频 率、周期及时间等参数的测量与计算。
（7）测量准确度。指示波器在对被测波形进行测量时， 其测量结果数字指示值的最大相对误差。又分为垂直 （幅度）准确度和水平（时间）准确度。