数字示波器和摸拟示波器的区别 数字示波器是如何工作的

模拟示波器只能观察简单重复信号（正弦波，方波，三角波等）和复杂的重复信号（电视信号）。而不能观察数字信号。像测电源开与关一瞬间的电压上升时间如果用用模拟示波器是很难办到的而用数字示波器就很简单。利用数字示波器的单次捕捉功能就OK。模拟示波器只有边沿（电平）触发功能而数字示波器不紧有边沿触发功能还具有视频触发、脉冲触发、逻辑触发、摆幅触发等这样捕捉波形的能力就比模拟示波器强多拉。数字示波器能捕捉触发之前的事件和触发之后的事件而模拟示波器是不能观察到。当然模拟示波器也有它的优点。如果你很在意信号的事实性的话你就选择模拟示波器，不然你就选择数字示波器。

普通模拟示波器 CRT 上的 P31 荧光物质的余辉时间小于 1ms。在有些情况下，使用 P7 荧光物质的 CRT 能给出大约 300ms 的余辉时间。只要有信号照射荧光物质，CRT 就将不断显示信号波形。而当信号去掉以后使用 P31 材料的 CRT 上的扫迹迅速变暗，而使用 P7 材料的 CRT 上的扫迹停留时间稍长一些。

　　那么，如果信号在一秒钟内只有几次，或者信号的周期仅为数秒，甚至信号只猝发一次，那又将会怎么样呢？在这种情况下，使用我们上面介绍过的模拟示波器几乎乃至于完全不能观察到这些信号。 　　所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。当信号进入数字存储示波器，或称 DSO 以后，在信号到达CRT 的偏转电路之前（图1），示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器（ADC）对这些采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。        获得的二进制数值贮存在存储器中。对输入信号进行采样的速率称为采样速率。采样速率由采样时钟控制。对于一般使用情况来说，采样速率的范围从每秒 20 兆次（20MS/s）到 200MS/s。存储器中贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。所以，在DSO中的输入信号接头和示波器 CRT 之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在 CRT 上获得显示之前先要存贮到存储器中，我们在示波器屏幕上看到的波形总是由所采集到数据重建的波形，而不是输入连接端上所加信号的直接波形显示。 介绍

 

　　当考虑购买新的示波器时，用户往往会提出许多问题。比如，应当选择哪种示波器？需要多宽的带宽？模拟示波器能够满足工作需要吗？还是需要一台DSO？
　　另一个人们经常问的问题是："DSO能够满足我的工作需要吗？"换句话说，DSO能完成我原来用模拟示波器所作的所有测量工作吗？
　　遗憾的是对所有这些问题并没有一个简洁的答案。问题的答案完全取决于要进行的测量工作和要测量的信号。在有些情况下模拟示波器比现有的DSO都要好，现在让我们来考察若干主要的思考原则。

 

  　简单重复性信号

 

　　使用模拟示波器和DSO通常都能很好地观察简单重复性信号。但是两者都有其优点和局限性。对于模拟示波器来说，由于CRT的余辉时间很短，因而难于显示频率很低的信号。由于示波管上的扫迹亮度和扫描速度成反比，所以具有快速上升、下降时间的低重复速率信号就很难看到。而DSO的扫迹亮度和扫描速度与信号重复速率无关。随着被测信号情况的不同，这个特点可能是优点也可能是缺点。
　　对于显示具有足够高重复速率的重复性信号的快速沿来说，DOS和模拟示波器的性能几乎没有什么区别。用两种示波器都能很好的观察信号波形。
　　当要进行信号参量的测量时，DSO的优点在于具有自动测量的能力。而使用模拟示波器时，用户必须自己设置光标、分析理解显示的波形才能得到测量的结果。
　　如果要进行调整工作，那么一般可以使用模拟示波器。这是因为模拟示波器的实时显示能力使它在每时刻都能显示出输入的电压。其波形更新速率（每秒钟在屏幕上描画扫迹的次数）很高，在高扫描速度时可以远超过100000次扫描/秒。所以信号的任何变化都会立即显示出来。而且有些领事的变化会在显示屏幕上以波形亮度变化的形式表现出来。
　　与模拟示波器相反，DSO所显示的是用采集的波形数据重建的波形。每秒钟采集波形的闪数远低于100次。在有些示波器上，每秒钟采集波形的次娄法超过去5次。结果在信号发生变化和变化了的信号在屏幕上显示出来之间就有了明显的时间延迟。当对系统进行调整工作时，这是使用DSO的重大缺点。

 

  　比较复杂的重复性信号

 

　　上述的简单重复性信号可以在很多电子学领域中见到，但是这些信号常常用来作为信息的载体。为此目的可以有多种形式，例如正弦波、泳冲、斜波或阶梯波等，而且多种调制信号和多种调制方式常常可能同时使用。
　　一个常见的复杂模拟信号的实例就是全电视信号。此信号由多种不同频率，不同幅度的分量构成，既包括脉冲，也包括正弦波，于加上为表示彩色信息而进行了相移的另外的正弦波。对于这样的情况，模拟示波厌的DSO都有其自己特别的优点，各自都能对信号的不同部分进行较佳节观察。
　　例如，模拟示波器具有限的分辩率和每秒钟很高的扫描次数，它能显示出波形在时间止的颁波形扫描上的这度变化正比于信号在某一特定持续的时间，这就很好的显示出彩色调制的情况。由于示波器具有很高的波形更新速率（第秒钟的扫描次数很高），所以它能立即显示出对系统进行调整的效果。
　　使用DSO时，由于其采样点数有限以及没有亮度的变化，使得很多波形细节信息无法显示出来，虽然有些DSO可能具有两上或多个亮度层次，但这只是相对意义上的区别，再加上示波器有限的显示分辨率，使它仍然不能重现模拟显示的效果。
　　图38给出了使用模拟示波器显示全电视信号的情况。请注意其中丰富的波形细节和亮度变化的情况。图39给出的是在DSO的典型光栅扫描CRT上显示相同信号的情况。

 

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图38 在模拟示波器上看到的视频信号

 

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图39 在数字存储示波器上看到的同一个视频信号

 

如果只要显示一行视频信号的小部分，例如某一特定行中的TV发送测试信号、图文电视数据或者某一特定行上的采色脉冲群，那么可以DSO。如果使用模拟示波器，则由于相对比较低的信号重复速率，再加上要观察的信号部分本身时间很短，很容易导致显示的画面太暗而难以看见。而DSO则不论信号的重复速率高低具有一致的亮度，因而能以很高的这度显示此信号。
　　如果重复性的浅薄形中还包含着宽度很窄的尖峰或毛刺，那么使用模拟示波器观察整个波形式是不可能看到这些类峰或毛刺的。而当DSO时，使用峰值检测就可以所这些尖峰显示出来（见图40）。

 

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图40 这类尖峰信号通常只是偶尔发生，因此只能用DSO捕捉

 

  非重复性信号和瞬变

 

　　以前，由于观察极为困难而且代价过高，所以很多观察非重复性信号和瞬变的工作都不得不许诺了，因为在那个时候，观察这类的信号需要使用昂贵的模拟存储示波器、照相机和长余辉示波管等。
　　如果某一个事件只发生一次，那么模拟示波器通常是不能应付的。而这正是DSO展示其强大能力的时机，DSO能够捕捉这种罕见的一次性事件，并且按照你的的希望长时间地将它显示出来。
　　这种罕见的事件甚至可能是干扰的结果，通过用干扰本身来触发，DSO具有显示预触发信息的能力，包括显示干扰的原因。
　　图41显示的是当电缆一端的开路接在桌面上弹起时电缆的微音效应波形，图中触发时刻用Δ符号来表示，这个符号左边的波形信息就是预触发信息。

 

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图41 当电缆一端的接头在桌面上弹起时电缆的微音效应。
只有使用DSO才能捕捉到这种突起见的信号

 

   模拟示波器、数字示波器,还是二者兼备

 

　　我们已经看到，在日常工作中技术人员同时需要模拟示波器和数字存储示波器，以便对他们工作中遇到的信号进行可以的观察，在某些应用场合模拟示波器比较合适，而在另一些场合DSO则是更好的选择。
　　市场上见到的一些DSO号称具有"模拟示波器的外观和感觉"。但这些都是纯粹的DSO，尽管其中有一些示波器的控制机构排列得和许多模拟示波器完全相同，而另一些又具有很高扫描更新率以模仿真正的模拟示波器的能力。或者，他们可能具有很高的采样速率而采集波形的记录长度都很有限，从而不具备观察比较复杂的信号，避免出现假象信号所需要的时间分辨率，当然，这些示波器不仅具有DSO的优点，也具有DSO的全部缺点。
　　值得庆幸的是，现在有一种示波器能够真正的把模拟示波器和DSO两者的能力和优点结合于一台仪器。这就是组合示波器，组合示波器把一台高性能模拟示波器组合在一起，并且能很容易的从一种工作模式转换到另一种工作模式。
　　技术人员选用了组合示波器就意味着，只要有这台示波器就足够耻，不管他的工作需求如何，他的手边总有合适的工具。当这台仪器设置成DSO时，用户可以用它来进行自动参数，测量，存贮采集的波形进而制作硬考贝；而同时，当需要地时候还能具有模拟示波器的无限分辨率以及熟悉而可信的波形显示，并且使用组合示波器时，不管信号重复速率的高低，都可获得最亮的显示，换句话说，组合示波器使用得模拟示波器和DSO两者的精华兼备于一身。
　　我们在后面的练习中使用的PM3394A就是这种组合示波器之一。

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