DSO數(shù)字存儲示波器原理
DSO的功能和控制機(jī)構(gòu)
DSO有許多新的特性，這就使得DSO有許多模擬示波器沒有的控制機(jī)構(gòu)，下面我們將介紹若干zui常見的控制機(jī)構(gòu)。
預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)
在*章中我們談到，每次時基掃描都是由一個觸發(fā)事件啟動的。這樣一來我們就只通用性研究觀察觸發(fā)時刻以后的信號變化情況。
在很多應(yīng)用場合，我們感興趣的波形部分并不緊跟在引起穩(wěn)定觸發(fā)的信號部位的后面，而是在觸發(fā)以后一段時間，或者甚至可能在觸發(fā)這前。
例如，當(dāng)一個半導(dǎo)體器件被打開時，其輸出信事情的幅度可能很大，我們可以用它來觸發(fā)示波器，但是，如果我們要研究該半導(dǎo)體器件開始導(dǎo)通的很小的輸入信號時，我們就會發(fā)現(xiàn)，。這個信號太小因而不能準(zhǔn)確的觸發(fā)示波器。這就要求示波器具有所謂的預(yù)觸發(fā)觀察能力：即由一個信號（這里指那個大的輸出信號）來觸發(fā)示波器，而示波器顯示觸動發(fā)時刻之前的信號的能力，這就使得示波器能用多通道的波形詳細(xì)地顯示出一個系統(tǒng)的輸入和輸出信號，從而看出系統(tǒng)響應(yīng)的因果關(guān)系。
在另一些情況下，你可能想要詳細(xì)地研究觸發(fā)事件之后一段時間發(fā)生的信號有關(guān)部分。例如在研究一個方波的抖動的大小，就可以使用一臺具有后觸發(fā)延遲或后觸發(fā)觀察能力的示波器。這時可以使用方波的一個沿來觸發(fā)示波器，而把時基設(shè)置成很高的速度以顯示抖動，其做法是：在示波器探測到觸發(fā)事件時，啟動一個后觸發(fā)延遲計數(shù)器。將此計數(shù)器的計數(shù)時間設(shè)置成大約等于一個信號周期的時間。當(dāng)此預(yù)先設(shè)計的定時時間結(jié)束以后，示波器就開始從方波的下一個上升沿好將開始的時刻開始采集。
由于延遲計數(shù)器是一個非常穩(wěn)定的石英晶體控制的數(shù)字時鐘，它與被測信號無關(guān)、獨(dú)立工作，所以被沒方波信號的抖動就會表現(xiàn)為示波器上采集到的上升沿位置的不穩(wěn)定性。也就是說在各次采集過程中，方波的上升沿將會在相對于觸發(fā)事件卡拉奇不同時刻（即屏幕上的不同位置）出現(xiàn)。
觸發(fā)位置
具有預(yù)觸發(fā)或后觸發(fā)延遲能力的示波器必須具有某種方法來控制延遲時間的大小，這可以用觸發(fā)位置控制機(jī)構(gòu)來完成。這個控制機(jī)構(gòu)可以舍不得觸發(fā)位置在屏幕上或者在采集記錄中移動。
在有些示波器中，觸發(fā)位置只能設(shè)置為幾個預(yù)先規(guī)定的數(shù)值，例如在采集的信號記錄的開關(guān)、中間和結(jié)尾。但如示波器具有很寬的觸發(fā)位置控制范圍，使用起來將會是很方便的。因此PM3394A示波器就允許用戶將觸發(fā)時刻設(shè)置在整個采集記錄中的任何位置，并且觸發(fā)位置還是連續(xù)可變的。
毛刺捕捉
圖29所示的是一個帶有快速的毛刺或尖峰的失真正弦波。產(chǎn)生這種波形的原因可能是由于其它電路的干擾，也可能是由于連線離被測系統(tǒng)過近的緣故。這些毛刺常常會引起系統(tǒng)發(fā)生誤動作。那么，我們能用示波器來發(fā)現(xiàn)這些毛刺嗎？
圖29 疊加了毛刺的正弦波
如果我們使用模擬示波器來觀察，只有當(dāng)毛刺信號是重復(fù)性的并且和主信號（即這個例子中的正弦波）同步時，我們才能看到毛刺信號。或者，如果我們的運(yùn)氣好，出現(xiàn)了很多的毛刺的朦朧形象。
由于毛刺源于其它的電路系統(tǒng)，所以這些毛刺通常只是偶爾發(fā)生，并且和主信號不同步。
那么，如果DSO，我們能發(fā)能這些毛刺嗎？未必，首先我們必須確保示波器已準(zhǔn)備好去捕捉這些快速毛刺。
我們知道，DSO在特定時刻對輸入信號進(jìn)行采樣，如本章開頭所述，采樣點(diǎn)之間的時間間隔取決于時基設(shè)置。如果毛刺的寬度比示波器的時間分辨率還要小，那么能否捕捉到毛刺就看運(yùn)氣如何了。為了能夠捕捉到毛，我們的辦法就是峰值檢測或毛刺捕捉。
彩峰值檢測的方法時，示波器將對信號波形的幅度連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)測，并由正負(fù)峰值檢測器將信號的峰值幅度暫地存貯起來。當(dāng)示波器要顯示采樣點(diǎn)的時候，示波器就將正或負(fù)峰值檢測器保存的峰值進(jìn)行數(shù)字化，并將該峰值檢測器清零。這樣在示波器上就用檢測到的信號的正，負(fù)峰值代替了原來的采樣點(diǎn)數(shù)值。因此，峰值檢測的方法能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)由于使用的采樣速率過低而丟失的信號或者由于假象而引起失真的信號。峰值檢測的方法對于捕捉調(diào)制信號，例如圖30所示的AM波形，也是非常有用的。為了顯示這類信號，必須將示波器的時基設(shè)置得和調(diào)制信號在頻率相配合，而在這種信號中，調(diào)制信號的頻率通常在音頻范圍但載波頻率通常為455KHz或者更高。在這種情況下，不使用行刺捕捉功能，就不能正確地采集信號，而使用了毛刺捕捉功能就可以看到類似模擬示波器所顯示的波形。
圖30 使用和不使用峰值檢測模式兩種情況下捕捉到AM調(diào)制信號波形
示波器上的峰值檢測功能是通過硬件（模擬）峰值檢測器的方法或者快速采樣的方法來實(shí)現(xiàn)的，模擬峰值檢測器是一個專門的硬件電路，它以電容上電壓的形式存貯信號的峰值，這種缺點(diǎn)是速度比較慢，它通常只能存貯寬度大于幾個微秒且具有相當(dāng)幅度的毛刺。
數(shù)字式峰值檢測器圍繞ADC而構(gòu)成，這時ADC將以可能的zui高采樣速率連續(xù)對信號進(jìn)行采樣，然后將峰值存貯在一個的存儲器中，當(dāng)要顯示采樣點(diǎn)的值時，貯存的峰值就作為該時刻的采樣值來使用。數(shù)字式峰值檢測器的優(yōu)點(diǎn)是其速度和數(shù)字化過程的速度一樣快，本書中用作示例的示波器PM3394A就能夠在很低的時基速率設(shè)置下，如1秒/格，以正確的幅度采集到窄至5ns的毛刺。
滾動模式
至此，我們已經(jīng)知道DSO能用和模擬示波器類似的方式顯示波形，從觸發(fā)事件開始，標(biāo)波器采集信號的采樣點(diǎn)，并將其存于采集在儲器中的連續(xù)位置中。一旦新的數(shù)據(jù)已將存儲器的zui后一個單元填滿以后，采集過程既告結(jié)束，示波器就將采集存儲器中的波形數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲器中去在此時期示波器不再采集新的數(shù)據(jù)，就像模擬示波器在時基復(fù)位期間不能顯示波形掃跡一樣。
對于低頻應(yīng)用的場合，信號的變化周期可達(dá)分鐘量級而遠(yuǎn)不只是微秒的量級，這時DSO可以應(yīng)用于一種全連續(xù)的顯示方式：滾動模式。而這種背后的極樣點(diǎn)顯示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形則向左滾動（見圖31）。老的采樣點(diǎn)一旦移動到屏幕的左面即行消失。這樣一來示波器屏幕上顯示的波形總是反映出信號對時間變化的情況。
圖31 滾動模式
由于有了這種滾動模式，我們就可以用示波器來代替圖表記錄儀來顯示慢變化的現(xiàn)象，諸如化學(xué)過程、電池的充放電周期或溫度對系統(tǒng)性能的影響等。
顯示放大
在模擬示波器中，可以將進(jìn)基放大10倍，以便詳細(xì)觀察信事情的細(xì)節(jié)。在DSO中顯示的波形可以按大小不同的步進(jìn)值放大，通常進(jìn)基放大按2的冪次倍數(shù)放大，即按x2,x4,x8,x16,等倍數(shù)放大。
一旦波形已經(jīng)采集并存入存儲器，例如單次波形采集的情況，使用垂直放大功能代替提高垂直靈敏度來放大波形也是很方便的。
特殊的觸發(fā)方式
DSO的存貯功能使它成為捕捉十分罕見、甚至于只發(fā)生一次的信號，例如單次事件或者系統(tǒng)閉鎖等情況的極為有用的工具。為捕捉這些信號就要求示波器具有各種各樣的觸發(fā)方式去探測這些特殊的條件，以便啟動波形采集。這實(shí)惠這一目的，只有邊緣觸發(fā)方式往往是不夠的，為此又開發(fā)了若干附加的觸動發(fā)能力。我們在此討論其中的幾種。
—圖形觸發(fā)
在邏輯硬件電路各，信號是由許多并行的線來傳送的，整個硬件的瞬時狀態(tài)則是由在給定時刻時這些線上的狀態(tài)來表示的。為了識別硬件狀態(tài)，就需要有一種儀器來檢測這些線的狀態(tài)。使用圖形觸發(fā)功能可以監(jiān)視多條，例如4條線的狀態(tài)，當(dāng)探測到用戶規(guī)定的圖形（例如HHLH）或字時，示波器就被觸發(fā)。由于圖形觸婦的設(shè)計是和數(shù)字邏輯配合使用的，因此，可以用來監(jiān)視各條線的狀態(tài)是為高（H）、低（L）、或者任意（X）。
—狀態(tài)觸發(fā)
邏輯硬件通常是圍繞著一個中央時鐘系統(tǒng)來構(gòu)成的。其中的所有硬件都在時鐘系統(tǒng)的指令之下來存貯其輸入信號，因此我們的測試儀器也應(yīng)依據(jù)同樣的原則工作。當(dāng)使用狀態(tài)觸發(fā)時。輸入信號怕自理方法和圖形觸發(fā)時一樣，只不過一在要把其中的一個輸入信號當(dāng)作時鐘信號。如果示波器在時鐘上升沿或下降沿時存貯的其余三條線的輸入字和用戶規(guī)定的觸發(fā)定一致，則示波器新觸發(fā)。
—毛刺觸發(fā)
使用毛刺觸發(fā)時，能引起系統(tǒng)誤動作的窄脈沖，如毛刺、類峰等可以引起示波器觸發(fā)。
如果一個系統(tǒng)是設(shè)計在DC到某一頻率信號下工作的，那么由于線路走線可能會使系統(tǒng)引入比此范圍更高的頻率信號，例如來自其它線路的干擾或吸收大功率的瞬變信號等，可以把示波器設(shè)置為當(dāng)被測脈沖的寬度小于允許的zui高頻率信號之周期的一半時觸發(fā)。國為我們可以認(rèn)為，在正常工作的情況下，這樣窄的脈沖是不會發(fā)生的。
毛刺觸發(fā)的另一個應(yīng)用場合是邏輯硬件，這時硬件電路的邏輯狀態(tài)都是和系統(tǒng)時鐘同步變化的。結(jié)果，這種硬件電路中的脈沖寬度都應(yīng)為系統(tǒng)時鐘周期的整倍數(shù)。在這種系統(tǒng)中，故障的發(fā)生常常和脈沖寬度異常有關(guān)，為了探測故障，我們現(xiàn)在可以把示波器的角發(fā)條件設(shè)置為在脈沖寬小于一個時鐘周期時觸發(fā)。
圖32 毛刺觸發(fā)
—時間限定觸發(fā)
這種觸發(fā)方式使得示波器在滿足一定的時間長度要求的條件下，可以按上述任何一種方式觸發(fā)。這種時間長度要求可以是要注某一zui小時間長度（如果時間長于某值則為有效），要求某一zui大時間長度或者要求某一個從zui小值到zui大值的時間范圍。時間限定觸發(fā)對于按照系統(tǒng)不能滿足正常工作條件來觸發(fā)以對系統(tǒng)進(jìn)行檢測時非常肜的。還可有用這種觸方式來探測連續(xù)工作信號發(fā)生的中斷現(xiàn)象。
—事件延遲
這種觸發(fā)方式使示波器多個信號的情況來觸發(fā)，而其中的一個入號，用來延遲采集的超始點(diǎn)。觸發(fā)周期是由一個主信號，通常為多個信號通道之一啟動的。接收到主觸發(fā)信號以后，示波器就開始檢查第二個信號（這也可能還是那個主觸發(fā)信號，但取不同的電平），并對這個信號上的觸發(fā)事件進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先規(guī)定的觸發(fā)事件數(shù)時，示波器就開始采集波形，見圖33。
圖33 事件延遲
典型應(yīng)用實(shí)例為串行數(shù)據(jù)線、控制系統(tǒng)及機(jī)械環(huán)境等。
—N次周期
這種功能可以用來從輸入信號中選出每個第N次出現(xiàn)的波形，然后將這種選出的信號加到正常觸發(fā)系統(tǒng)來使示波器觸發(fā)。當(dāng)一個信號受到它的諧波的影響而失真，也就是說這個信號是周期性的但其各個周期并不*相同，這種情況下，N次周期觸發(fā)方式特別有用。例如，其一系統(tǒng)按一固定頻率運(yùn)行，但是每過12個脈沖，脈沖寬度就變得寬一些。這時可以選擇“N=周期=12”，這樣示波器就只對這些變寬的脈沖作出響應(yīng)，引起觸發(fā)。
圖34 N次周期觸發(fā)
波形存貯
被測信號的波形形存入存儲器以后，可以將其復(fù)制到所謂的后備存儲器或寄存器中，供以后進(jìn)行分析或作參考及比較的目的使用，DSO中通常裝有多個這種存儲器可以按掃跡存儲器的方式設(shè)置，這時示波器多通道采集的每一條掃跡將分別存貯，也可將后務(wù)存儲器設(shè)置為記錄存儲器，這時示波器將多通道采集所有數(shù)據(jù)同時存貯了所有有關(guān)的時間信息。
示波器配備大量的后備存儲器對于在現(xiàn)場工作的工程師是很方便的。這時工程師可以把現(xiàn)場測量期間所有有關(guān)的波形都存貯下來，以便以后生成硬考貝，或?qū)⑦@些波形傳往計算機(jī)再作進(jìn)一步的分析。
顯示算法，內(nèi)插和點(diǎn)連接
我們在DSO屏幕上看到的波形是由存儲器中的采樣點(diǎn)重建出來的信號波形。這時示波器在屏幕上顯示出這些采樣點(diǎn)，并在這些采樣點(diǎn)之間畫出連線，這種波形顯示的工作可以按幾種方法來作，zui簡單的方法是在各個采樣點(diǎn)之間用直線連接，這種京都我為線性內(nèi)差，只要各采樣點(diǎn)之間告得很近，例如每格50個采樣點(diǎn)，用這種方法就能獲得足夠的重建波形，如果在信號跳變沿前后都采集了采樣點(diǎn)，那么用這種方法就可以觀察領(lǐng)事的沿，如果將顯示的波形在水平方向放大，使得采集的采樣點(diǎn)之間的距離變大，那么示波器屏幕上信號波形的亮度就會降低，所以，示波器是通過計算出內(nèi)插的或顯示的采樣值來保持屏幕上顯示的采樣點(diǎn)數(shù)足夠高，當(dāng)屏幕上的波形在水平方向放大得很大時，在屏幕上顯示出一條通過各采樣點(diǎn)的連續(xù)的曲線就比在采點(diǎn)之間用直線連接要好得多，為此可用使用正弦內(nèi)插法。采用這種方法時，在屏幕上將各個采集的采樣點(diǎn)用幅度和頻率均為可變的*正弦擬合曲線連接直來。采用了內(nèi)插的方法以后，既使當(dāng)屏幕上每格的采樣點(diǎn)數(shù)較少時也能得到和模擬示波器顯示波形類似的自然平滑的重建波形。
為了察看真正的采樣點(diǎn)，示波器通常設(shè)有點(diǎn)顯示方式，在此方式之下，不使用任何內(nèi)插方法。選擇這種方式以后，我們在屏幕上只能看到用離散亮點(diǎn)表示采樣點(diǎn)，而在這些點(diǎn)之間沒有任何連線。
窗口模式
當(dāng)我們進(jìn)行信號比較時，例如將一新采集的波形和以前存貯的信號波形比較時，把這兩個波形掃跡顯示在示波器屏幕的不同區(qū)域會是很有用處的。為此，示波器又設(shè)有窗口模式，這個模式將示波器屏幕分成兩個或多個區(qū)域以顯示不同的掃跡，由于減小了顯示波形幅度的情況下，還能獲得優(yōu)化的測量準(zhǔn)確度，
自動測量和處理
自動測量
示波器用來顯示信號的波形，并對諸如：峰<一>峰值幅度，RMS幅度、DC電平、頻率、脈沖寬度、上升時間等波形參數(shù)進(jìn)行測量。對于任何波形來說，這些波表參數(shù)都可以使用大家熟知的數(shù)學(xué)方法來測量計算，我們將在第六章對此進(jìn)行介紹。
在使用模擬示波器的時候，用戶只能進(jìn)行手動測量，例如對屏幕上顯示的波形曲線進(jìn)行解釋分析、在屏幕上計算格數(shù)以求出波形幅度和時間間隔，殖民地用數(shù)學(xué)定義算出測量結(jié)果，對于西藏的波形來說，這種方法雖然只能獲得中等的準(zhǔn)確度，但方法是可行的。而對于更加復(fù)雜的波形來說，使用這方法要困難得多，并且可能需要進(jìn)行某些推測。
當(dāng)使用DSO時，只要示波器已經(jīng)采集了信號波形，就獲得了所有的波形信息數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)就能自動計算出要測量的參數(shù)，得到更加準(zhǔn)確，可靠的結(jié)果，整個過程極為迅速，簡便。
多數(shù)DSO都能對一個或多個通道上的輸入信號同時進(jìn)行兩個或我個參數(shù)的測量，困此可以用來進(jìn)行信號間的比較，例如比較一個放大器或衰減器的輸入和輸出信號。
另外，如果示波器對存貯的波形和新采集的波形都能進(jìn)行能進(jìn)行參數(shù)測量，那將會是非常方便的。這就使我們能對實(shí)際信號的性能和標(biāo)準(zhǔn)信號的性能進(jìn)行比較，也使我們可以觀察時間對信號的響應(yīng)變化或者對系統(tǒng)修改后的變化影響。
示波器上zui*的參數(shù)測量功能還應(yīng)包括用統(tǒng)計形式給出測量結(jié)果，這就是說，在一個較長的波形采集期間中的任何時刻，示波器應(yīng)給出某一特定測量參數(shù)的zui小值，zui大值和平均值，使用這一功能我們就可以發(fā)現(xiàn)一個系統(tǒng)性能變化的趨勢而而無須連續(xù)監(jiān)視示波器屏幕顯示的內(nèi)容。
應(yīng)當(dāng)記住，任何示波器的參數(shù)測量都是通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來進(jìn)行的，所以，參數(shù)測量的結(jié)果都源于在示波器中存貯的采集到的波形，這就意味著，示波器的設(shè)置情況對參數(shù)測量和結(jié)果會有影響，例如，如果示波器的時基速度設(shè)置得比較慢，比如說設(shè)置為1ms/格，而要對一個估計為50ns至100ns的上升沿進(jìn)行上升時間測量，那么由于采集過程中時間分辯集約的限制，我們就無法測出正確的結(jié)果，為了進(jìn)行這項參數(shù)測量，我們應(yīng)當(dāng)把示波器的時基設(shè)置得足夠快，例如設(shè)置為50ns/格以便以足夠細(xì)的時間分辨率顯示出被測波形的上升沿。
圖35 用統(tǒng)計的格式給出峰<->峰值電壓和頻率測量值的屏幕顯示情況。
其中給出了這兩個參數(shù)的的zui小值，平均值和zui大值隨時間的變化
在第六章我們將詳細(xì)討論各種不同參數(shù)的定義、測量方法以及如何用手動和自動的方式進(jìn)行這些參數(shù)的測量。
數(shù)字處理
示波器所采集的波形數(shù)據(jù)中包含了非常豐富的信息，用來顯示這些數(shù)據(jù)的一種非常有用的形式就是波形顯示，即用垂直坐標(biāo)軸表示電壓、用水平坐標(biāo)軸表示時間。這就是Y-t顯示方式。
另一種顯示波形數(shù)據(jù)的方法是用兩上通道的波形數(shù)據(jù)來畫圖。這時對顯示的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)來說，其水平位置代表一個通道的數(shù)據(jù)值，而其垂直位置則表示另一個通道的數(shù)據(jù)值，這種顯示模式稱為X對Y模式，或簡稱為X-Y模式，用這種模式，用戶可以觀察頻率相關(guān)聯(lián)的兩個信號之間的相位或時間關(guān)系，X-Y模式對于測試相移器和濾波器極為有用，還可以和運(yùn)動傳感器配合使用來檢查運(yùn)動系統(tǒng)的振動情況。
在X-Y模式下，DSO比模擬示波器*地地方在于這時DSO的帶寬為示波器的全部采集帶寬，而在X-Y模式下DSO顯示的是在某一單個記錄中所包含的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)只能表示在一個有限的時間期間（該記錄的時間長度）的波形，而在X-Y模式下模擬示波器給出的是一個連續(xù)的，活的顯示圖形。
此外還有很多其它的方法用來從波形數(shù)據(jù)據(jù)中提取寶貴的信息，或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以便用更加有用的格式來表示婁據(jù)中所包含的信息，這種運(yùn)算通常稱為波形的數(shù)學(xué)處理，這咱處理往往是由計算機(jī)來完成的，這就是說把采集到的波形傳送給計算機(jī)，然后再作進(jìn)一步的處理。
更新穎的DSO已經(jīng)把這種數(shù)學(xué)處理能力裝在了示波器內(nèi)部，這可以靠示波器的主處理器或者另一個附加的數(shù)字信號處理器（DSP）來實(shí)現(xiàn)的。
—采用平均的方法來提高分辨率
平均的方法是把連續(xù)的各次波形采集的結(jié)果組合在一起，采用平均的方法可以減少疊加在信號上的噪音，經(jīng)過平均處理以后的波形的*個采樣點(diǎn)都是由各次連續(xù)采集的波形上相同位置的采樣值通過平均運(yùn)算而獲得的。
由于噪音的本質(zhì)所決定，噪音對每次新的采集來說都是不同的，所以各次連續(xù)采集波形的采樣值就會略有不同，通過平均減少了這種差別，獲得了更加平滑的波形，但是并不影響帶寬，然而，當(dāng)使用平均的方法時，示波器要用更長的時間才能響應(yīng)信息的變化。多數(shù)DSO的垂直分辨率為8比特。這就是說，采集的波形*由256個不同的電壓電平來表示，通過對各次連續(xù)采集的波形進(jìn)行平均可以提高分辨率，進(jìn)行平均計算時所用的連續(xù)采集波形數(shù)越多，垂直分辨率就越高。每當(dāng)所用的連續(xù)采集波形數(shù)增加一倍時，垂直分辨率就增加一個比特。
—包絡(luò)模式
當(dāng)被測信號隨著時間變化時，例如要觀察信事情的幅度變化或者抖動現(xiàn)象時，觀測在多次休集過程中波形記錄中每個采樣點(diǎn)位置的zui小值和zui大值都存貯下來，并以此構(gòu)成波形顯示，這樣獲得的顯示波形表現(xiàn)了信號長期變化的積累效果，使得我們可以進(jìn)行長時間的抖動測量或者長時間的幅度變化測量。
圖36 使用和不使用包絡(luò)模式兩種情況下的抖動脈沖
—數(shù)字濾波
對波形進(jìn)行濾波是一種通過對采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理以咸小波形帶寬的得理過程。“濾波”一詞說明這種處理功能和在示波器的輸入端加入低通濾波器具有相同的效果。
數(shù)字濾波是通過把波形記錄中的每個采樣點(diǎn)和同一波表記錄中與該點(diǎn)相鄰的若干采樣點(diǎn)進(jìn)行平均來實(shí)現(xiàn)的。這樣作的結(jié)果減小了信號的噪音，但同時也減少了帶寬的目的是為了減小噪音。數(shù)字濾波也可用于單次信號的情況，而平均的方法卻要求對重復(fù)性信號進(jìn)行多次波形采集。
—波形比較，樣板測試
示波器中存貯的波形可以和新采集的波形同時進(jìn)行顯示，例如，我們可以把一個已知好的設(shè)備的波形特性和有故障的設(shè)備的波形特性進(jìn)行比較，在很多情況下，進(jìn)行這種信號比較的目的在于檢查該系統(tǒng)的性能是否符合其技術(shù)指標(biāo)。在設(shè)備生產(chǎn)測試過程中，我們常常會遇到這種情況，使用具有“通過/不通過”測試能力的示波器我們可以非常容易地，全自動地進(jìn)行這種信號比較工作，。首先，我們把標(biāo)準(zhǔn)信號及其允許的極限范圍存貯在示波器的寄存器中，這些存貯的信息稱為樣板，接著示波器就從被測系統(tǒng)采集信號，并將每個新采集的信號和該樣板進(jìn)行比較。，如果采集的信號在樣板的范圍之內(nèi)，則示波器指示“通過”，反之，則示波大就會報出“不通過”。
圖37 信號的波形及其頻率變換
—快速付里葉變換（FFT）
快速付里葉變換是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算方法。它從被測信號中提取信號所包含的各個頻率分量，并將各個頻率分量的幅度顯示出來。
FFT對于發(fā)現(xiàn)信號失真的大小，確認(rèn)復(fù)雜波形中包含的頻率萬分或者尋找系統(tǒng)間的相互干擾等工作都是非常有用的。
—波表相乘
此功能zui重要的應(yīng)用是測量電功率，因?yàn)殡姽β实亩x就是電流和電壓的數(shù)學(xué)乘積，為了進(jìn)行功率的測量，示波器就要同時采集電壓和電流的小輩形，并將二者相乘，相乘后獲得的波形則表示隨時間變化的瞬時功率值。這種功率測量工作對于測試電源，功率放大器以及穩(wěn)壓器等都是非常重要的，因?yàn)樵谶@些場合電流都比較大，而這些部件承受的功率大小都是很關(guān)鍵的指標(biāo)。
—積分
積分可以給出一條曲線下的面保佑，使我們能夠觀察信號隨著時間積累的總體效果，例如，連續(xù)充電過程對于電容器上的電荷量的總體效果，或者一個元件耗散功率的總體效果。
在測量機(jī)械系統(tǒng)時，如使用輸出電壓和系統(tǒng)加速度成正比的傳感器，則此信號的積分映出的就是速度。
—微分
微分表示的是信號變化的速率，例如，一個電信號的擺動率（Slew rate）就是信號隨時間變化曲線的微分。
—功率及損耗的測量
下面敘述的功率耗損測量是示波器處理能力的一個實(shí)際例子。
一個元件可以承受一定的功率，此功率的定義為跨過元件兩端的電壓和流過元件的電流的乘積。在元件的設(shè)計中通常要對元件隨功率的能力規(guī)定一個極限值，此極限值是由該功率在一定的時間里引起的元件溫升來確定的。元件耗散的熱量（即能量）是曲其瞬時功率和時間來決定的。
元件產(chǎn)生的熱量可以通過測量其電壓和電流值并將二者相乘來決定，兩者相乘后獲得的是以瓦特為單位的任一時刻的瞬時功率值，接著可以使用第二個數(shù)學(xué)處理功能進(jìn)行積分，這樣就可以得到以瓦秒為單位的總的功率耗損值，而3600000瓦秒等于1kwh這樣通過換算我們就可以把元件的功耗值換算成我們?nèi)粘８峨娰M(fèi)時常用的單位來表示。
接口
接口
在很多情況下，我們需要把示波器中的信號傳往PC機(jī)，而在另一些情況下，我們可能希望用PC機(jī)來對示波器進(jìn)行控制，這兩種情況都要求示波器具有通訊能力。也就是說，示波器必須裝有通訊硬件及其支持軟件。我們稱此通訊用軟硬件為“接口”。常用的接口有兩種，好RS-232接口和通用接口總線（GPIB），后者又稱為IEEE-488總線，對多數(shù)示波器來說，這些通訊接口都是選件。
RS-232接口是一種串行接口，這種接口在PC機(jī)上一般用來通過調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通訊，還用來連接鼠標(biāo)器，打印機(jī)等設(shè)備。連接到PC機(jī)上的每個設(shè)備都需要單獨(dú)占用PC機(jī)上的一個RS-232接口，也就是說在一臺PC機(jī)上只能連接有限個設(shè)備，常常只能連接一個。
很多軟件包都使用串行通訊方式，因?yàn)檫@種通訊方式要求對PC機(jī)的改動zui小，并且可以使用比較簡單的電纜，所以在示波器上配備這種軟件比較容易。我們只要使用一臺PC機(jī)就可以存貯示波器采集的波形以作后備之用。GPIB總線是一種為在儀器系統(tǒng)中使用而設(shè)計的的并行總線，這種總線允許多臺儀器同時連至同一總線。這種總線還允許各儀器在測試協(xié)議之下隨時（例如，當(dāng)某臺儀器在測量發(fā)生錯誤時）請求控制器給予注意，按GPIB總線的計算機(jī)可以是的GPIB控制器，但當(dāng)今zui常用的還是配有GPIB插卡的標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)，由于GPIB插卡不是PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，所以必須另外加配。
供GPIB使用的軟件通常都在計算機(jī)上生成一個完整的測試環(huán)境，將我臺儀器集成為一個單獨(dú)的測試系統(tǒng)。
打印機(jī)、繪圖儀，硬考貝
在很多現(xiàn)場測試的場合，工程技術(shù)人員都需要獲得某種形式的測量結(jié)果的硬拷貝，以便以后作為參考資料使用，或者設(shè)備報告發(fā)生錯誤動作時都需要查看以往的資料。
多數(shù)DSO都能使用一般PC機(jī)用的數(shù)字繪圖儀或打印機(jī)來制作硬拷貝。有的DSO還能帶動圖表記錄儀，因?yàn)樵诤芏鄬?shí)驗(yàn)室中還在使用這種記錄儀。示波器的硬拷貝功能通常是通過上述兩種之一的標(biāo)準(zhǔn)配置或選件配置的接口來提供的。
如果在進(jìn)行測量時工作現(xiàn)場沒有打印機(jī)或繪圖儀，那么示波器中配備比較多的存儲器，以便把所有需要的信息都存貯下來留待以后再制作硬拷貝。
DSO數(shù)字存儲示波器原理
DSO的功能和控制機(jī)構(gòu)
DSO有許多新的特性，這就使得DSO有許多模擬示波器沒有的控制機(jī)構(gòu)，下面我們將介紹若干zui常見的控制機(jī)構(gòu)。
預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)
在*章中我們談到，每次時基掃描都是由一個觸發(fā)事件啟動的。這樣一來我們就只通用性研究觀察觸發(fā)時刻以后的信號變化情況。
在很多應(yīng)用場合，我們感興趣的波形部分并不緊跟在引起穩(wěn)定觸發(fā)的信號部位的后面，而是在觸發(fā)以后一段時間，或者甚至可能在觸發(fā)這前。
例如，當(dāng)一個半導(dǎo)體器件被打開時，其輸出信事情的幅度可能很大，我們可以用它來觸發(fā)示波器，但是，如果我們要研究該半導(dǎo)體器件開始導(dǎo)通的很小的輸入信號時，我們就會發(fā)現(xiàn)，。這個信號太小因而不能準(zhǔn)確的觸發(fā)示波器。這就要求示波器具有所謂的預(yù)觸發(fā)觀察能力：即由一個信號（這里指那個大的輸出信號）來觸發(fā)示波器，而示波器顯示觸動發(fā)時刻之前的信號的能力，這就使得示波器能用多通道的波形詳細(xì)地顯示出一個系統(tǒng)的輸入和輸出信號，從而看出系統(tǒng)響應(yīng)的因果關(guān)系。
在另一些情況下，你可能想要詳細(xì)地研究觸發(fā)事件之后一段時間發(fā)生的信號有關(guān)部分。例如在研究一個方波的抖動的大小，就可以使用一臺具有后觸發(fā)延遲或后觸發(fā)觀察能力的示波器。這時可以使用方波的一個沿來觸發(fā)示波器，而把時基設(shè)置成很高的速度以顯示抖動，其做法是：在示波器探測到觸發(fā)事件時，啟動一個后觸發(fā)延遲計數(shù)器。將此計數(shù)器的計數(shù)時間設(shè)置成大約等于一個信號周期的時間。當(dāng)此預(yù)先設(shè)計的定時時間結(jié)束以后，示波器就開始從方波的下一個上升沿好將開始的時刻開始采集。
由于延遲計數(shù)器是一個非常穩(wěn)定的石英晶體控制的數(shù)字時鐘，它與被測信號無關(guān)、獨(dú)立工作，所以被沒方波信號的抖動就會表現(xiàn)為示波器上采集到的上升沿位置的不穩(wěn)定性。也就是說在各次采集過程中，方波的上升沿將會在相對于觸發(fā)事件卡拉奇不同時刻（即屏幕上的不同位置）出現(xiàn)。
觸發(fā)位置
具有預(yù)觸發(fā)或后觸發(fā)延遲能力的示波器必須具有某種方法來控制延遲時間的大小，這可以用觸發(fā)位置控制機(jī)構(gòu)來完成。這個控制機(jī)構(gòu)可以舍不得觸發(fā)位置在屏幕上或者在采集記錄中移動。
在有些示波器中，觸發(fā)位置只能設(shè)置為幾個預(yù)先規(guī)定的數(shù)值，例如在采集的信號記錄的開關(guān)、中間和結(jié)尾。但如示波器具有很寬的觸發(fā)位置控制范圍，使用起來將會是很方便的。因此PM3394A示波器就允許用戶將觸發(fā)時刻設(shè)置在整個采集記錄中的任何位置，并且觸發(fā)位置還是連續(xù)可變的。
毛刺捕捉
圖29所示的是一個帶有快速的毛刺或尖峰的失真正弦波。產(chǎn)生這種波形的原因可能是由于其它電路的干擾，也可能是由于連線離被測系統(tǒng)過近的緣故。這些毛刺常常會引起系統(tǒng)發(fā)生誤動作。那么，我們能用示波器來發(fā)現(xiàn)這些毛刺嗎？
圖29 疊加了毛刺的正弦波
如果我們使用模擬示波器來觀察，只有當(dāng)毛刺信號是重復(fù)性的并且和主信號（即這個例子中的正弦波）同步時，我們才能看到毛刺信號。或者，如果我們的運(yùn)氣好，出現(xiàn)了很多的毛刺的朦朧形象。
由于毛刺源于其它的電路系統(tǒng)，所以這些毛刺通常只是偶爾發(fā)生，并且和主信號不同步。
那么，如果DSO，我們能發(fā)能這些毛刺嗎？未必，首先我們必須確保示波器已準(zhǔn)備好去捕捉這些快速毛刺。
我們知道，DSO在特定時刻對輸入信號進(jìn)行采樣，如本章開頭所述，采樣點(diǎn)之間的時間間隔取決于時基設(shè)置。如果毛刺的寬度比示波器的時間分辨率還要小，那么能否捕捉到毛刺就看運(yùn)氣如何了。為了能夠捕捉到毛，我們的辦法就是峰值檢測或毛刺捕捉。
彩峰值檢測的方法時，示波器將對信號波形的幅度連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)測，并由正負(fù)峰值檢測器將信號的峰值幅度暫地存貯起來。當(dāng)示波器要顯示采樣點(diǎn)的時候，示波器就將正或負(fù)峰值檢測器保存的峰值進(jìn)行數(shù)字化，并將該峰值檢測器清零。這樣在示波器上就用檢測到的信號的正，負(fù)峰值代替了原來的采樣點(diǎn)數(shù)值。因此，峰值檢測的方法能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)由于使用的采樣速率過低而丟失的信號或者由于假象而引起失真的信號。峰值檢測的方法對于捕捉調(diào)制信號，例如圖30所示的AM波形，也是非常有用的。為了顯示這類信號，必須將示波器的時基設(shè)置得和調(diào)制信號在頻率相配合，而在這種信號中，調(diào)制信號的頻率通常在音頻范圍但載波頻率通常為455KHz或者更高。在這種情況下，不使用行刺捕捉功能，就不能正確地采集信號，而使用了毛刺捕捉功能就可以看到類似模擬示波器所顯示的波形。
圖30 使用和不使用峰值檢測模式兩種情況下捕捉到AM調(diào)制信號波形
示波器上的峰值檢測功能是通過硬件（模擬）峰值檢測器的方法或者快速采樣的方法來實(shí)現(xiàn)的，模擬峰值檢測器是一個專門的硬件電路，它以電容上電壓的形式存貯信號的峰值，這種缺點(diǎn)是速度比較慢，它通常只能存貯寬度大于幾個微秒且具有相當(dāng)幅度的毛刺。
數(shù)字式峰值檢測器圍繞ADC而構(gòu)成，這時ADC將以可能的zui高采樣速率連續(xù)對信號進(jìn)行采樣，然后將峰值存貯在一個的存儲器中，當(dāng)要顯示采樣點(diǎn)的值時，貯存的峰值就作為該時刻的采樣值來使用。數(shù)字式峰值檢測器的優(yōu)點(diǎn)是其速度和數(shù)字化過程的速度一樣快，本書中用作示例的示波器PM3394A就能夠在很低的時基速率設(shè)置下，如1秒/格，以正確的幅度采集到窄至5ns的毛刺。
滾動模式
至此，我們已經(jīng)知道DSO能用和模擬示波器類似的方式顯示波形，從觸發(fā)事件開始，標(biāo)波器采集信號的采樣點(diǎn)，并將其存于采集在儲器中的連續(xù)位置中。一旦新的數(shù)據(jù)已將存儲器的zui后一個單元填滿以后，采集過程既告結(jié)束，示波器就將采集存儲器中的波形數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲器中去在此時期示波器不再采集新的數(shù)據(jù)，就像模擬示波器在時基復(fù)位期間不能顯示波形掃跡一樣。
對于低頻應(yīng)用的場合，信號的變化周期可達(dá)分鐘量級而遠(yuǎn)不只是微秒的量級，這時DSO可以應(yīng)用于一種全連續(xù)的顯示方式：滾動模式。而這種背后的極樣點(diǎn)顯示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形則向左滾動（見圖31）。老的采樣點(diǎn)一旦移動到屏幕的左面即行消失。這樣一來示波器屏幕上顯示的波形總是反映出信號對時間變化的情況。
圖31 滾動模式
由于有了這種滾動模式，我們就可以用示波器來代替圖表記錄儀來顯示慢變化的現(xiàn)象，諸如化學(xué)過程、電池的充放電周期或溫度對系統(tǒng)性能的影響等。
顯示放大
在模擬示波器中，可以將進(jìn)基放大10倍，以便詳細(xì)觀察信事情的細(xì)節(jié)。在DSO中顯示的波形可以按大小不同的步進(jìn)值放大，通常進(jìn)基放大按2的冪次倍數(shù)放大，即按x2,x4,x8,x16,等倍數(shù)放大。
一旦波形已經(jīng)采集并存入存儲器，例如單次波形采集的情況，使用垂直放大功能代替提高垂直靈敏度來放大波形也是很方便的。
特殊的觸發(fā)方式
DSO的存貯功能使它成為捕捉十分罕見、甚至于只發(fā)生一次的信號，例如單次事件或者系統(tǒng)閉鎖等情況的極為有用的工具。為捕捉這些信號就要求示波器具有各種各樣的觸發(fā)方式去探測這些特殊的條件，以便啟動波形采集。這實(shí)惠這一目的，只有邊緣觸發(fā)方式往往是不夠的，為此又開發(fā)了若干附加的觸動發(fā)能力。我們在此討論其中的幾種。
—圖形觸發(fā)
在邏輯硬件電路各，信號是由許多并行的線來傳送的，整個硬件的瞬時狀態(tài)則是由在給定時刻時這些線上的狀態(tài)來表示的。為了識別硬件狀態(tài)，就需要有一種儀器來檢測這些線的狀態(tài)。使用圖形觸發(fā)功能可以監(jiān)視多條，例如4條線的狀態(tài)，當(dāng)探測到用戶規(guī)定的圖形（例如HHLH）或字時，示波器就被觸發(fā)。由于圖形觸婦的設(shè)計是和數(shù)字邏輯配合使用的，因此，可以用來監(jiān)視各條線的狀態(tài)是為高（H）、低（L）、或者任意（X）。
—狀態(tài)觸發(fā)
邏輯硬件通常是圍繞著一個中央時鐘系統(tǒng)來構(gòu)成的。其中的所有硬件都在時鐘系統(tǒng)的指令之下來存貯其輸入信號，因此我們的測試儀器也應(yīng)依據(jù)同樣的原則工作。當(dāng)使用狀態(tài)觸發(fā)時。輸入信號怕自理方法和圖形觸發(fā)時一樣，只不過一在要把其中的一個輸入信號當(dāng)作時鐘信號。如果示波器在時鐘上升沿或下降沿時存貯的其余三條線的輸入字和用戶規(guī)定的觸發(fā)定一致，則示波器新觸發(fā)。
—毛刺觸發(fā)
使用毛刺觸發(fā)時，能引起系統(tǒng)誤動作的窄脈沖，如毛刺、類峰等可以引起示波器觸發(fā)。
如果一個系統(tǒng)是設(shè)計在DC到某一頻率信號下工作的，那么由于線路走線可能會使系統(tǒng)引入比此范圍更高的頻率信號，例如來自其它線路的干擾或吸收大功率的瞬變信號等，可以把示波器設(shè)置為當(dāng)被測脈沖的寬度小于允許的zui高頻率信號之周期的一半時觸發(fā)。國為我們可以認(rèn)為，在正常工作的情況下，這樣窄的脈沖是不會發(fā)生的。
毛刺觸發(fā)的另一個應(yīng)用場合是邏輯硬件，這時硬件電路的邏輯狀態(tài)都是和系統(tǒng)時鐘同步變化的。結(jié)果，這種硬件電路中的脈沖寬度都應(yīng)為系統(tǒng)時鐘周期的整倍數(shù)。在這種系統(tǒng)中，故障的發(fā)生常常和脈沖寬度異常有關(guān)，為了探測故障，我們現(xiàn)在可以把示波器的角發(fā)條件設(shè)置為在脈沖寬小于一個時鐘周期時觸發(fā)。
圖32 毛刺觸發(fā)
—時間限定觸發(fā)
這種觸發(fā)方式使得示波器在滿足一定的時間長度要求的條件下，可以按上述任何一種方式觸發(fā)。這種時間長度要求可以是要注某一zui小時間長度（如果時間長于某值則為有效），要求某一zui大時間長度或者要求某一個從zui小值到zui大值的時間范圍。時間限定觸發(fā)對于按照系統(tǒng)不能滿足正常工作條件來觸發(fā)以對系統(tǒng)進(jìn)行檢測時非常肜的。還可有用這種觸方式來探測連續(xù)工作信號發(fā)生的中斷現(xiàn)象。
—事件延遲
這種觸發(fā)方式使示波器多個信號的情況來觸發(fā)，而其中的一個入號，用來延遲采集的超始點(diǎn)。觸發(fā)周期是由一個主信號，通常為多個信號通道之一啟動的。接收到主觸發(fā)信號以后，示波器就開始檢查第二個信號（這也可能還是那個主觸發(fā)信號，但取不同的電平），并對這個信號上的觸發(fā)事件進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先規(guī)定的觸發(fā)事件數(shù)時，示波器就開始采集波形，見圖33。
圖33 事件延遲
典型應(yīng)用實(shí)例為串行數(shù)據(jù)線、控制系統(tǒng)及機(jī)械環(huán)境等。
—N次周期
這種功能可以用來從輸入信號中選出每個第N次出現(xiàn)的波形，然后將這種選出的信號加到正常觸發(fā)系統(tǒng)來使示波器觸發(fā)。當(dāng)一個信號受到它的諧波的影響而失真，也就是說這個信號是周期性的但其各個周期并不*相同，這種情況下，N次周期觸發(fā)方式特別有用。例如，其一系統(tǒng)按一固定頻率運(yùn)行，但是每過12個脈沖，脈沖寬度就變得寬一些。這時可以選擇“N=周期=12”，這樣示波器就只對這些變寬的脈沖作出響應(yīng)，引起觸發(fā)。
圖34 N次周期觸發(fā)
波形存貯
被測信號的波形形存入存儲器以后，可以將其復(fù)制到所謂的后備存儲器或寄存器中，供以后進(jìn)行分析或作參考及比較的目的使用，DSO中通常裝有多個這種存儲器可以按掃跡存儲器的方式設(shè)置，這時示波器多通道采集的每一條掃跡將分別存貯，也可將后務(wù)存儲器設(shè)置為記錄存儲器，這時示波器將多通道采集所有數(shù)據(jù)同時存貯了所有有關(guān)的時間信息。
示波器配備大量的后備存儲器對于在現(xiàn)場工作的工程師是很方便的。這時工程師可以把現(xiàn)場測量期間所有有關(guān)的波形都存貯下來，以便以后生成硬考貝，或?qū)⑦@些波形傳往計算機(jī)再作進(jìn)一步的分析。
顯示算法，內(nèi)插和點(diǎn)連接
我們在DSO屏幕上看到的波形是由存儲器中的采樣點(diǎn)重建出來的信號波形。這時示波器在屏幕上顯示出這些采樣點(diǎn)，并在這些采樣點(diǎn)之間畫出連線，這種波形顯示的工作可以按幾種方法來作，zui簡單的方法是在各個采樣點(diǎn)之間用直線連接，這種京都我為線性內(nèi)差，只要各采樣點(diǎn)之間告得很近，例如每格50個采樣點(diǎn)，用這種方法就能獲得足夠的重建波形，如果在信號跳變沿前后都采集了采樣點(diǎn)，那么用這種方法就可以觀察領(lǐng)事的沿，如果將顯示的波形在水平方向放大，使得采集的采樣點(diǎn)之間的距離變大，那么示波器屏幕上信號波形的亮度就會降低，所以，示波器是通過計算出內(nèi)插的或顯示的采樣值來保持屏幕上顯示的采樣點(diǎn)數(shù)足夠高，當(dāng)屏幕上的波形在水平方向放大得很大時，在屏幕上顯示出一條通過各采樣點(diǎn)的連續(xù)的曲線就比在采點(diǎn)之間用直線連接要好得多，為此可用使用正弦內(nèi)插法。采用這種方法時，在屏幕上將各個采集的采樣點(diǎn)用幅度和頻率均為可變的*正弦擬合曲線連接直來。采用了內(nèi)插的方法以后，既使當(dāng)屏幕上每格的采樣點(diǎn)數(shù)較少時也能得到和模擬示波器顯示波形類似的自然平滑的重建波形。
為了察看真正的采樣點(diǎn)，示波器通常設(shè)有點(diǎn)顯示方式，在此方式之下，不使用任何內(nèi)插方法。選擇這種方式以后，我們在屏幕上只能看到用離散亮點(diǎn)表示采樣點(diǎn)，而在這些點(diǎn)之間沒有任何連線。
窗口模式
當(dāng)我們進(jìn)行信號比較時，例如將一新采集的波形和以前存貯的信號波形比較時，把這兩個波形掃跡顯示在示波器屏幕的不同區(qū)域會是很有用處的。為此，示波器又設(shè)有窗口模式，這個模式將示波器屏幕分成兩個或多個區(qū)域以顯示不同的掃跡，由于減小了顯示波形幅度的情況下，還能獲得優(yōu)化的測量準(zhǔn)確度，
自動測量和處理
自動測量
示波器用來顯示信號的波形，并對諸如：峰<一>峰值幅度，RMS幅度、DC電平、頻率、脈沖寬度、上升時間等波形參數(shù)進(jìn)行測量。對于任何波形來說，這些波表參數(shù)都可以使用大家熟知的數(shù)學(xué)方法來測量計算，我們將在第六章對此進(jìn)行介紹。
在使用模擬示波器的時候，用戶只能進(jìn)行手動測量，例如對屏幕上顯示的波形曲線進(jìn)行解釋分析、在屏幕上計算格數(shù)以求出波形幅度和時間間隔，殖民地用數(shù)學(xué)定義算出測量結(jié)果，對于西藏的波形來說，這種方法雖然只能獲得中等的準(zhǔn)確度，但方法是可行的。而對于更加復(fù)雜的波形來說，使用這方法要困難得多，并且可能需要進(jìn)行某些推測。
當(dāng)使用DSO時，只要示波器已經(jīng)采集了信號波形，就獲得了所有的波形信息數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)就能自動計算出要測量的參數(shù)，得到更加準(zhǔn)確，可靠的結(jié)果，整個過程極為迅速，簡便。
多數(shù)DSO都能對一個或多個通道上的輸入信號同時進(jìn)行兩個或我個參數(shù)的測量，困此可以用來進(jìn)行信號間的比較，例如比較一個放大器或衰減器的輸入和輸出信號。
另外，如果示波器對存貯的波形和新采集的波形都能進(jìn)行能進(jìn)行參數(shù)測量，那將會是非常方便的。這就使我們能對實(shí)際信號的性能和標(biāo)準(zhǔn)信號的性能進(jìn)行比較，也使我們可以觀察時間對信號的響應(yīng)變化或者對系統(tǒng)修改后的變化影響。
示波器上zui*的參數(shù)測量功能還應(yīng)包括用統(tǒng)計形式給出測量結(jié)果，這就是說，在一個較長的波形采集期間中的任何時刻，示波器應(yīng)給出某一特定測量參數(shù)的zui小值，zui大值和平均值，使用這一功能我們就可以發(fā)現(xiàn)一個系統(tǒng)性能變化的趨勢而而無須連續(xù)監(jiān)視示波器屏幕顯示的內(nèi)容。
應(yīng)當(dāng)記住，任何示波器的參數(shù)測量都是通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來進(jìn)行的，所以，參數(shù)測量的結(jié)果都源于在示波器中存貯的采集到的波形，這就意味著，示波器的設(shè)置情況對參數(shù)測量和結(jié)果會有影響，例如，如果示波器的時基速度設(shè)置得比較慢，比如說設(shè)置為1ms/格，而要對一個估計為50ns至100ns的上升沿進(jìn)行上升時間測量，那么由于采集過程中時間分辯集約的限制，我們就無法測出正確的結(jié)果，為了進(jìn)行這項參數(shù)測量，我們應(yīng)當(dāng)把示波器的時基設(shè)置得足夠快，例如設(shè)置為50ns/格以便以足夠細(xì)的時間分辨率顯示出被測波形的上升沿。
圖35 用統(tǒng)計的格式給出峰<->峰值電壓和頻率測量值的屏幕顯示情況。
其中給出了這兩個參數(shù)的的zui小值，平均值和zui大值隨時間的變化
在第六章我們將詳細(xì)討論各種不同參數(shù)的定義、測量方法以及如何用手動和自動的方式進(jìn)行這些參數(shù)的測量。
數(shù)字處理
示波器所采集的波形數(shù)據(jù)中包含了非常豐富的信息，用來顯示這些數(shù)據(jù)的一種非常有用的形式就是波形顯示，即用垂直坐標(biāo)軸表示電壓、用水平坐標(biāo)軸表示時間。這就是Y-t顯示方式。
另一種顯示波形數(shù)據(jù)的方法是用兩上通道的波形數(shù)據(jù)來畫圖。這時對顯示的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)來說，其水平位置代表一個通道的數(shù)據(jù)值，而其垂直位置則表示另一個通道的數(shù)據(jù)值，這種顯示模式稱為X對Y模式，或簡稱為X-Y模式，用這種模式，用戶可以觀察頻率相關(guān)聯(lián)的兩個信號之間的相位或時間關(guān)系，X-Y模式對于測試相移器和濾波器極為有用，還可以和運(yùn)動傳感器配合使用來檢查運(yùn)動系統(tǒng)的振動情況。
在X-Y模式下，DSO比模擬示波器*地地方在于這時DSO的帶寬為示波器的全部采集帶寬，而在X-Y模式下DSO顯示的是在某一單個記錄中所包含的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)只能表示在一個有限的時間期間（該記錄的時間長度）的波形，而在X-Y模式下模擬示波器給出的是一個連續(xù)的，活的顯示圖形。
此外還有很多其它的方法用來從波形數(shù)據(jù)據(jù)中提取寶貴的信息，或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以便用更加有用的格式來表示婁據(jù)中所包含的信息，這種運(yùn)算通常稱為波形的數(shù)學(xué)處理，這咱處理往往是由計算機(jī)來完成的，這就是說把采集到的波形傳送給計算機(jī)，然后再作進(jìn)一步的處理。
更新穎的DSO已經(jīng)把這種數(shù)學(xué)處理能力裝在了示波器內(nèi)部，這可以靠示波器的主處理器或者另一個附加的數(shù)字信號處理器（DSP）來實(shí)現(xiàn)的。
—采用平均的方法來提高分辨率
平均的方法是把連續(xù)的各次波形采集的結(jié)果組合在一起，采用平均的方法可以減少疊加在信號上的噪音，經(jīng)過平均處理以后的波形的*個采樣點(diǎn)都是由各次連續(xù)采集的波形上相同位置的采樣值通過平均運(yùn)算而獲得的。
由于噪音的本質(zhì)所決定，噪音對每次新的采集來說都是不同的，所以各次連續(xù)采集波形的采樣值就會略有不同，通過平均減少了這種差別，獲得了更加平滑的波形，但是并不影響帶寬，然而，當(dāng)使用平均的方法時，示波器要用更長的時間才能響應(yīng)信息的變化。多數(shù)DSO的垂直分辨率為8比特。這就是說，采集的波形*由256個不同的電壓電平來表示，通過對各次連續(xù)采集的波形進(jìn)行平均可以提高分辨率，進(jìn)行平均計算時所用的連續(xù)采集波形數(shù)越多，垂直分辨率就越高。每當(dāng)所用的連續(xù)采集波形數(shù)增加一倍時，垂直分辨率就增加一個比特。
—包絡(luò)模式
當(dāng)被測信號隨著時間變化時，例如要觀察信事情的幅度變化或者抖動現(xiàn)象時，觀測在多次休集過程中波形記錄中每個采樣點(diǎn)位置的zui小值和zui大值都存貯下來，并以此構(gòu)成波形顯示，這樣獲得的顯示波形表現(xiàn)了信號長期變化的積累效果，使得我們可以進(jìn)行長時間的抖動測量或者長時間的幅度變化測量。
圖36 使用和不使用包絡(luò)模式兩種情況下的抖動脈沖
—數(shù)字濾波
對波形進(jìn)行濾波是一種通過對采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理以咸小波形帶寬的得理過程。“濾波”一詞說明這種處理功能和在示波器的輸入端加入低通濾波器具有相同的效果。
數(shù)字濾波是通過把波形記錄中的每個采樣點(diǎn)和同一波表記錄中與該點(diǎn)相鄰的若干采樣點(diǎn)進(jìn)行平均來實(shí)現(xiàn)的。這樣作的結(jié)果減小了信號的噪音，但同時也減少了帶寬的目的是為了減小噪音。數(shù)字濾波也可用于單次信號的情況，而平均的方法卻要求對重復(fù)性信號進(jìn)行多次波形采集。
—波形比較，樣板測試
示波器中存貯的波形可以和新采集的波形同時進(jìn)行顯示，例如，我們可以把一個已知好的設(shè)備的波形特性和有故障的設(shè)備的波形特性進(jìn)行比較，在很多情況下，進(jìn)行這種信號比較的目的在于檢查該系統(tǒng)的性能是否符合其技術(shù)指標(biāo)。在設(shè)備生產(chǎn)測試過程中，我們常常會遇到這種情況，使用具有“通過/不通過”測試能力的示波器我們可以非常容易地，全自動地進(jìn)行這種信號比較工作，。首先，我們把標(biāo)準(zhǔn)信號及其允許的極限范圍存貯在示波器的寄存器中，這些存貯的信息稱為樣板，接著示波器就從被測系統(tǒng)采集信號，并將每個新采集的信號和該樣板進(jìn)行比較。，如果采集的信號在樣板的范圍之內(nèi)，則示波器指示“通過”，反之，則示波大就會報出“不通過”。
圖37 信號的波形及其頻率變換
—快速付里葉變換（FFT）
快速付里葉變換是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算方法。它從被測信號中提取信號所包含的各個頻率分量，并將各個頻率分量的幅度顯示出來。
FFT對于發(fā)現(xiàn)信號失真的大小，確認(rèn)復(fù)雜波形中包含的頻率萬分或者尋找系統(tǒng)間的相互干擾等工作都是非常有用的。
—波表相乘
此功能zui重要的應(yīng)用是測量電功率，因?yàn)殡姽β实亩x就是電流和電壓的數(shù)學(xué)乘積，為了進(jìn)行功率的測量，示波器就要同時采集電壓和電流的小輩形，并將二者相乘，相乘后獲得的波形則表示隨時間變化的瞬時功率值。這種功率測量工作對于測試電源，功率放大器以及穩(wěn)壓器等都是非常重要的，因?yàn)樵谶@些場合電流都比較大，而這些部件承受的功率大小都是很關(guān)鍵的指標(biāo)。
—積分
積分可以給出一條曲線下的面保佑，使我們能夠觀察信號隨著時間積累的總體效果，例如，連續(xù)充電過程對于電容器上的電荷量的總體效果，或者一個元件耗散功率的總體效果。
在測量機(jī)械系統(tǒng)時，如使用輸出電壓和系統(tǒng)加速度成正比的傳感器，則此信號的積分映出的就是速度。
—微分
微分表示的是信號變化的速率，例如，一個電信號的擺動率（Slew rate）就是信號隨時間變化曲線的微分。
—功率及損耗的測量
下面敘述的功率耗損測量是示波器處理能力的一個實(shí)際例子。
一個元件可以承受一定的功率，此功率的定義為跨過元件兩端的電壓和流過元件的電流的乘積。在元件的設(shè)計中通常要對元件隨功率的能力規(guī)定一個極限值，此極限值是由該功率在一定的時間里引起的元件溫升來確定的。元件耗散的熱量（即能量）是曲其瞬時功率和時間來決定的。
元件產(chǎn)生的熱量可以通過測量其電壓和電流值并將二者相乘來決定，兩者相乘后獲得的是以瓦特為單位的任一時刻的瞬時功率值，接著可以使用第二個數(shù)學(xué)處理功能進(jìn)行積分，這樣就可以得到以瓦秒為單位的總的功率耗損值，而3600000瓦秒等于1kwh這樣通過換算我們就可以把元件的功耗值換算成我們?nèi)粘８峨娰M(fèi)時常用的單位來表示。
接口
接口
在很多情況下，我們需要把示波器中的信號傳往PC機(jī)，而在另一些情況下，我們可能希望用PC機(jī)來對示波器進(jìn)行控制，這兩種情況都要求示波器具有通訊能力。也就是說，示波器必須裝有通訊硬件及其支持軟件。我們稱此通訊用軟硬件為“接口”。常用的接口有兩種，好RS-232接口和通用接口總線（GPIB），后者又稱為IEEE-488總線，對多數(shù)示波器來說，這些通訊接口都是選件。
RS-232接口是一種串行接口，這種接口在PC機(jī)上一般用來通過調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通訊，還用來連接鼠標(biāo)器，打印機(jī)等設(shè)備。連接到PC機(jī)上的每個設(shè)備都需要單獨(dú)占用PC機(jī)上的一個RS-232接口，也就是說在一臺PC機(jī)上只能連接有限個設(shè)備，常常只能連接一個。
很多軟件包都使用串行通訊方式，因?yàn)檫@種通訊方式要求對PC機(jī)的改動zui小，并且可以使用比較簡單的電纜，所以在示波器上配備這種軟件比較容易。我們只要使用一臺PC機(jī)就可以存貯示波器采集的波形以作后備之用。GPIB總線是一種為在儀器系統(tǒng)中使用而設(shè)計的的并行總線，這種總線允許多臺儀器同時連至同一總線。這種總線還允許各儀器在測試協(xié)議之下隨時（例如，當(dāng)某臺儀器在測量發(fā)生錯誤時）請求控制器給予注意，按GPIB總線的計算機(jī)可以是的GPIB控制器，但當(dāng)今zui常用的還是配有GPIB插卡的標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)，由于GPIB插卡不是PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，所以必須另外加配。
供GPIB使用的軟件通常都在計算機(jī)上生成一個完整的測試環(huán)境，將我臺儀器集成為一個單獨(dú)的測試系統(tǒng)。
打印機(jī)、繪圖儀，硬考貝
在很多現(xiàn)場測試的場合，工程技術(shù)人員都需要獲得某種形式的測量結(jié)果的硬拷貝，以便以后作為參考資料使用，或者設(shè)備報告發(fā)生錯誤動作時都需要查看以往的資料。
多數(shù)DSO都能使用一般PC機(jī)用的數(shù)字繪圖儀或打印機(jī)來制作硬拷貝。有的DSO還能帶動圖表記錄儀，因?yàn)樵诤芏鄬?shí)驗(yàn)室中還在使用這種記錄儀。示波器的硬拷貝功能通常是通過上述兩種之一的標(biāo)準(zhǔn)配置或選件配置的接口來提供的。
如果在進(jìn)行測量時工作現(xiàn)場沒有打印機(jī)或繪圖儀，那么示波器中配備比較多的存儲器，以便把所有需要的信息都存貯下來留待以后再制作硬拷貝。
