示波器采样率怎么看的最大存储深度(最大采样率)的分配原则是什么?

示波器的存储深度怎么调节??_百度知道
示波器的存储深度怎么调节??
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关于示波器的存储深度
存储深度=采样率*采样时间。我一直将这个关系式称为示波器的第一关系式。本文引用地址:我在一个高大上的公司做工程师的时候并不知道这个关系式,直到我后来卖示波器才知道有这么一个关系式,而且很重要。再追溯到我读书的时候,当然更不知道这个关系式。做工程师的时候,我的老板告诉我,为了确保示波器能准确地捕获电源MOS管的峰值电压,千万不要在屏幕上同时看很多波形,尽量让示波器上只显示一个脉冲。他的做法是不断地调节触发电平,肉眼盯着示波器看,直到他调节触发电平到足够高(多少是足够?),认为某次&抓到&的峰值电压应该就是最大的了。 他为什么不同时捕获更多的波形,只要确保采样率是最大或者足够就好了,再打开参数测量的统计值不是更好吗? 但是他只相信自己的眼睛盯着看到的那个波形,并断定某一个波形就一定是最大的了。还好他会使用触发电平的。我们小弟当然也就相信他是权威啦,因为他当时确实已经是公司级的专家了。&&这个真实故事给了我要举办1000场示波器技术交流会的强大理由。工程师们不太愿意拿出1个小时听听示波器的基础课程,总觉得这示波器很简单,但其实对于示波器的ABC的认知还是太少。有些人将这个作为中国工程师和国外工程师的区别之一。这个判断多少是令人有点愤怒的,但确实在某种程度上真的是这样。 甚至换一个角度说,一个公司使用示波器的专业程度基本能反应一个公司的研发水平的。那么今天我们花一点点时间快速阅读一下这篇关于度的&浅浅的&文章吧。为满足大家快阅读的需求,先将文章的标题摘录如下: 1,存储深度的基本概念 2,示波器存储器的物理介质 3,存储深度和采样率的关系 4,最大存储深度,当前设置的最大存储深度,存储深度的叠加使用,可显示的存储深度,可分析存储深度, 5,存储深度的应用价值------------------------------------------------------------------------------------------------------存储深度被称为示波器的第三大指标。存储深度=采样率*采样时间。这个关系式被笔者称为示波器的第一关系式。1,存储深度的基本概念&存储深度&是个翻译过来的词语,英文叫&Record Length&。有的将它翻译成&存储长度&,&记录长度&,等。它表示示波器可以保存的采样点的个数。存储深度是&1千万个采样点&,示波器厂商写作10Mpts,10MS或10M的都有。这里,pts可以理解为points的缩写,S理解为Samples的意思。存储深度表现在物理介质上其实是某种存储器的容量,存储器英文就是&Memory&。该存储器容量的大小也就是&存储深度&。存储器保存满了,达到存储深度的极限之后怎么办? 我们可以将示波器的存储器理解为环形存储器。示波器不断采样得到新的采样点会填充进来,老的采样点会自动地溢出,这样周而复始的过程直到示波器被&触发信号&&叫停&或者间隔一定长的时间被强迫&叫停&为止。&叫停&一次,示波器就将存储器中保存的这些采样点&搬移&到示波器的屏幕上显示。这两次&搬移&之间等待的时间相对于采样的时间极其漫长,被称为&死区时间&。上述过程经常被笔者这样打比方:存储器就像一个&水缸&,&水缸&的容量就是&存储深度&。如果使用一个&水龙头&以恒定的速度对水缸注水,水龙头的水流速度就是&采样率&。当水缸已经被注满水之后,水龙头仍然在对水缸注水,水缸里的水有一部分会溢出来,但水缸的总体容量是保持不变的。在某种条件下,水缸里的水将被全部倒出来,周而复始。图1形象地表示了这种环形存储器的概念。图1 示波器的环形存储器2,示波器存储器的物理介质存储器的物理介质是什么? 是否就是我们熟悉的DDR内存呢? 容量为什么那么小?为什么不可以用硬盘或者SD卡等大容量介质作为物理介质呢? 如果是硬盘作为存储介质,示波器不就可以作为数据记录仪了吗?回答上述问题其实并不容易!据笔者了解,早期的示波器包括现在的高带宽示波器使用的存储器都是示波器厂商自己设计的专用芯片,甚至一度存储器芯片和ADC芯片之间的配合是A公司(后来叫K公司)的一个技术瓶颈。在若干年之前,K公司的所有示波器在存储深度达到每通道2Mpts采样点之后,采样率会自动降低到4GS/s,直到2006年(好象是这个年份,也许更晚点),当年的A公司收购了某芯片公司才解决这个技术瓶颈。现在K公司的低带宽示波器的所有系列中,存储深度指标一直不能突破每通道2Mpts,我猜想它可能采用的还是老款芯片。对于高端示波器,存储器芯片一直是核心技术,对于里面的技术细节笔者知之甚少。示波器中的ADC速率太快,普通的存储介质根本来不及在这么短的时间内&吞吐&那么大量的数据量。还是用具体的数字来理解高速ADC的超大数据量对存储器&吞吐量&提出的要求。譬如ADC的采样率是20GS/s,也就是说每秒钟要采样20G个点,而每个点是由8个0和1组成。如果ADC的输出是完全按照串行数据的传输到存储器中,那么传输速率就是160Gbps。这是什么概念? 现在的PCI-Express 3.0的速率是 8Gbps,最高速的高速芯片在单板上传输速率能达到25Gbps,但还不成熟,也没有用到示波器上。高速ADC的采样点怎么传输到存储器中,这是一个难题! 其实这么高速的ADC也不可能是单芯片设计的,内部是由很多2.5GS/s或1.25GS/s,250MS/s的&小的&ADC&交织拼接&实现的。既然不完全是串行的方式实现,采用并行传输之后,传输到存储器的数据又怎么校准、对齐,再通过触发机制规整地显示到示波器屏幕上呢? 这是示波器厂商的一点点小秘密。示波器发展到今天这方面门槛谈不上多高,但还是有那么一点点的。大家可能又会问另外一个问题,存储器的数据又是怎么传输CPU中被分析、被显示呢? 这也是一个问题,这问题涉及到示波器的数据处理的架构。随着示波器技术的发展,目前存在的两种架构,一种是基于PC平台的,另外一种是嵌入式的,主要是基于FPGA实现的。随着DDR内存速率的提高和FPGA计算能力的增强,现在基于FPGA计算平台的存储器芯片已经不再神秘,多是采用工业上的DDR内存颗粒了,因此存储深度这个指标,在不顾及存储的采样点是否真的被显示、被分析的情况下,可以做得特别大了。但往往真实情况是,虽然存储深度很高,但显示的采样点数和分析的采样点数可能只有千分之几,这主要取决于FPGA的&计算资源&或者说取决于成本,换句话说,取决于示波器产品的定义了。当然在不顾及成本的情况下,可以向外行人吹嘘一下是算法的优势。在这类产品中,在屏幕上看到的波形对应的存储深度并不等于采样率乘以采样时间,这有时侯确是让人很纠结的。3,存储深度和采样率的关系存储深度=采样率*采样时间。笔者一直执着地将它称为示波器中的第一关系式,因为很多工程师在使用示波器过程中因为忘记这个关系式而产生错误。如图2为中国首款智能示波器SDS3000的显示界面。右下方红色方框中,右边两个数值50MS/s和20ms/div相乘,再乘以10,就等于左边的数10MS。当前采样率为50MS/s,当前时基为20ms/div,因为水平轴是10格(有些示波器是12格或14格),因此采样时间为200ms, 50MS/s * 200ms = 10MS。就是说以50MS/s的采样率捕获200ms的波形,需要示波器的存储幅度是10MS。这和水缸里面注水是一个概念,如果&水龙头&的流速是每秒5千万(50M)滴水,那么持续向&水缸&注水200ms,水缸中就有了1千万(10M)滴水了。 就是这么简单的乘积关系。
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我来说两句……
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微信公众号一[整理自Keysight官网资料]
1. 示波器采集存储器的重要性
采集存储器是示波器的重要组成部分。在简易的示波器中,采集存储器是由一个负责采集模拟信号的前端组成;随后将这个信号发送到模数转换器进行数字化处理。在数字化之后,信号的信息会被储存到存储器(采集存储器)中,然后进行处理和绘制/显示。示波器的采集存储器与采样率直接挂钩。存储器的容量越大,示波器的采样率就会越高,您就能捕获更长时间的波形。采样率越高,示波器的有效带宽就会越高(有效是指高达示波器前端的最大带宽)。
存储器深度/((时间/格设置)* 10 格)= 采样率(高达 ADC 的最大采样率)。例如,假设时基设置是 160uS/格,最大存储器深度为 4,000,000 个样本。算出的采样率是 4,000,000/((160uS/格)* 10 格)= 2.5GS/s。
2. 示波器架构
深存储器对采样率有很大助力,那么在什么情况下它不再有这项优势?如果深存储器拖慢了您的示波器速度,从而不利于调试问题,那么它就不再有帮助。因为深存储器会给系统带来很大负担。
更新速率(&静寂时间&的倒数)反映了示波器触发、处理已捕获的数据以及在屏幕上显示数据的速度。更新速率越快(或静寂时间越短),您捕获偶发事件的可能性就越大。许多年前,人们往往把快速更新速率与模拟示波器挂钩。
阅读(...) 评论()& 带宽、采样率、存储深度,示波器三大关键指标
带宽、采样率、存储深度,示波器三大关键指标
当信号进入DSO后,所有的输入信号在对其进行A/D转化前都需要采样,采样技术大体上分为两类:实时模式和等效时间模式。
实时采样(real-time sampling)模式用来捕获非重复性或单次信号,使用固定的时间间隔进行采样。触发一次后,示波器对电压进行连续采样,然后根据采样点重建信号波形。
等效时间采样(equivalent-time sampling),是对周期性波形在不同的周期中进行采样,然后将采样点拼接起来重建波形,为了得到足够多的采样点,需要多次触发。等效时间采样又包括顺序采样和随机重复采样两种。使用等效时间采样模式必须满足两个前提条件:1.波形必须是重复的;2.必须能稳定触发。
实时采样模式下示波器的带宽取决于A/D转化器的最高采样速率和所采用的内插算法。即示波器的实时带宽与DSO采用的A/D和内插算法有关。
这里又提到一个实时带宽的概念,实时带宽也称为有效存储带宽,是数字存储示波器采用实时采样方式时所具有的带宽。这么多带宽的概念可能已经看得大家要抓狂了,在此总结一下:DSO的带宽分为模拟带宽和存储带宽。通常我们常说的带宽都是指示波器的模拟带宽,即一般在示波器面板上标称的带宽。而存储带宽也就是根据Nyquist定理计算出来的理论上的数字带宽,这只是个理论值。
通常我们用有效存储带宽(BWa)来表征DSO的实际带宽,其定义为:BWa=最高采样速率 / k,最高采样速率对于单次信号来说指其最高实时采样速率,即A/D转化器的最高速率;对于重复信号来说指最高等效采样速率。K称为带宽因子,取决于DSO采用的内插算法。DSO采用的内插算法一般有线性(linear)插值和正弦(sinx/x)插值两种。K在用线性插值时约为10,用正弦内插约为2.5,而k=2.5只适于重现正弦波,对于脉冲波,一般取k=4,此时,具有1GS/s采样率的DSO的有效存储带宽为250MHz。
图6 不同插值方式的波形显示
内插与最高采样率之间的理论关系并非本文讨论的重点。我们只须了解以下结论:在使用正弦插值法时,为了准确再显信号,示波器的采样速率至少需为信号最高频率成分的2.5倍。使用线性插值法时,示波器的采样速率应至少是信号最高频率成分的10倍。这也解释了示波器用于实时采样时,为什么最大采样率通常是其额定模拟带宽的四倍或以上。
在谈完采样率后,还有一个与DSO的A/D密切相关的概念,就是示波器的垂直分辨率。垂直分辨率决定了DSO所能分辨的最小电压增量,通常用A/D的位数n表示。前面我们提到现在DSO的A/D转换器都是8位编码的,那么示波器的最小量化单位就是1/256,(2的8次方),即0.391%。了解这一点是非常重要的,对于电压的幅值测量,如果你示波器当前的垂直刻度设置成1v/div的档位,那意味着你的测量值有8V*0.391%=31.25mV以内的误差是正常的!!!因为小于31.25mV的电压示波器在该档位下已经分辨不出来了,如果只用了4位,那测出来的误差更惊人!所以建议大家在测量波形时,尽可能调整波形让其充满整个屏幕,充分利用8位的分辨率。我们经常听到有工程师抱怨示波器测不准他的电压或者说测量结果不一致,其实大多数情况是工程师还没有理解示波器的垂直分辨率对测量结果的影响。这里顺便提一下,关于示波器的测量精度问题,必须澄清一点 示波器本身就不是计量的仪器!!!它是 工程师的眼睛 ,帮助你更深入的了解你的电路的特征。做个广告:经常做电源测量或者纹波测量,或者想深入了解示波器量化误差的工程师,大家可以参考我的同事Frankie博客的一片文章《示波器不是垂直量的计量工具》http://blog.sina.com.cn/s/blog_009ryp.html
图7 是用模拟带宽为1GHz的示波器测量上升时间为1ns的脉冲,在不同采样率下测量结果的比较,可以看出:超过带宽5倍以上的采样率提供了良好的测量精度。进一步,根据我们的经验,建议工程师在测量脉冲波时,保证上升沿有5个以上采样点,这样既确保了波形不失真,也提高了测量精度。
图7 采样率与带宽的关系
图8 采样率过低导致波形失真
提到采样率就不能不提存储深度。对DSO而言,这两个参量是密切相关的。
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