便携式示波器的基础知识:第2部分，信号输入和处理

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设置示波器的输入耦合以及如何控制显示信号大小将在本系列的第2部分中介绍，同时还将讨论如何将信号数字化、存储和检查故障。

您可以查看本系列的第一部分便携式示波器的基础知识:第1部分，万用表和示波器。您也可以在福禄克培训中心观看完整的网络研讨会，包括音频和动画。雷竞技app

体系结构

便携式示波器的基本知识:第2部分，信号输入和处理雷竞技app — 图1 -数字示波器的结构

让我们从快速概述数字示波器的架构开始。这将使您熟悉控制波形迹线(示波器在其显示中绘制的线)采集和显示的关键函数。

图1中的方框图显示，信号首先通过两个信号调理电路:输入耦合部分和幅度控制部分。

(对于差分测量——将两个信号输入示波器并显示它们之间的差值的测量——一些示波器还具有通道到通道隔离。)

输入耦合部分确定信号是直接耦合(即连接)到示波器，还是通过耦合电容(阻塞信号中的任何直流)。

振幅控制部分控制输入信号的大小。它可以衰减大信号(即使它们更小)或放大小信号，根据您在前面板上所做的设置。

输入耦合部分和振幅控制部分一起调节输入，使应用于示波器的模数转换器(ADC)的信号具有所需的特性，并能被正确处理和显示。

输入耦合

当选择交流输入耦合时，信号通过耦合电容连接到示波器(见图2)，这样信号的任何直流分量都被阻塞。示波器只处理和显示信号的交流部分，以显示器上的零伏点为中心。

当您选择直流耦合时，信号直接耦合到作用域，绕过输入耦合电容，这样信号的交流和直流分量都得到处理和显示。

如果你不确定你正在观察的信号是否有直流分量，你可以在交流和直流之间切换输入耦合设置，看看信号是否有显著的直流偏移。(如果存在直流偏移，当您切换输入耦合时，信号跟踪将“跳转”到新的垂直位置。有多大的跳跃取决于直流偏移量。)

在某些情况下(例如，当您正在查看电压调节器的直流输出时)，您可能希望从直流耦合开始，然后切换到交流耦合。在本例中，使用直流耦合检查信号的直流电平后，切换到交流耦合并增加垂直灵敏度以寻找直流信号上的任何交流噪声。

显示振幅控制

信号经过“调节”后，被采样并转换为数字表示，存储在示波器的存储器中。在信号数字化之后，可以通过校准数据点、进行数学运算等进一步对其进行操作，并最终在屏幕上显示为一条轨迹。

振幅范围控制输入放大器的增益或衰减——也就是说，输入信号的大小是增大(放大)还是减小(衰减)，如图3所示。通过这种方式，信号被“缩放”，以便它可以显示在您想要的大小。

有时你会想要提高灵敏度(放大)，“放大”到信号中——例如，当你在寻找脉冲波形上升边缘上的缺陷时。(注意不要将灵敏度提高到超出显示器顶部或底部边缘的程度。你可能会无意中导致输入放大器饱和，使波形看起来失真。)

模拟数字转换

正如我们在本系列的第1部分示波器使用高速模数转换技术对输入信号进行采样，其目标是尽可能快地将输入波形数字化，因为信号采样速度越快，其在水平(时间)轴上的分辨率就越高。(见图4。)

如果信号采样不足(即采样不够快)，就会出现问题。这些问题包括:

如果你每个周期只采样一到两次正弦波，结果显示的波形将看起来与原始的正弦波非常不同——更像一个三角波。
瞬变或小故障可以不被发现。
显示频率或带宽降低，可能会影响显示的噪声级别(例如，当我们前面在直流电源的输出中寻找高频交流噪声时)

为了尽量减少这些问题，并在显示器上尽可能准确地再现波形，示波器必须尽可能快地对输入进行采样——当然，要在合理的成本范围内!

采样率和内存

数字存储示波器必须考虑的一个关键方面是采样率与存储深度的关系及其对采集过程的影响。(参见图5。)例如，考虑一个采样率为1gigasample /s (1GS/s，或每秒10亿个样本)的示波器。示波器的时基设置为每除法100毫秒，显示为10个除法，总显示时间为1秒，每秒采样10亿次，示波器将需要10亿个内存点!

由于成本和内存写入速度，这是不实际的!如果使用更实用(也更实惠!)的1000点内存，采样间隔将减少到每秒1000个采样(1kS/s)。