工程師你發現了ZDS2022示波器的波形死區嗎•╃▩？

     沒有什麼是完美的◕✘·▩₪，示波器也不例外↟◕·。數字示波器一直有個廠家不願提起的問題◕✘·▩₪，恐怕很多老工程師也沒太注意◕✘·▩₪，那就是波形死區↟◕·。我們透過數字示波器無法觀察到波形流中所有波形◕✘·▩₪，觀察到的或許還不到1%↟◕·。

　　圖1 死區時間

　　數字示波器在工作時總會先採集資料◕✘·▩₪，然後再對這些資料進行處理和顯示◕✘·▩₪，有一點必須瞭解◕✘·▩₪，那就是示波器資料取樣速度遠快於資料處理速度◕✘·▩₪，使得它不得不在資料處理期間停止取樣◕✘·▩₪，這樣必然導致死區t2內的所有波形因沒有采集而丟失◕✘·▩₪，示波器的基本原理如圖2所示↟◕·。

　　圖2 示波器原理

　　與示波器死區時間對應的引數是示波器的波形重新整理率◕✘·▩₪，又叫波形捕獲率◕✘·▩₪，示波器在特定時基本下的波形重新整理率是可透過Trigger Out介面去測得◕✘·▩₪，示波器的波形重新整理率越高越好↟◕·。

　　波形重新整理率F = 1/（t1+t2） （wfms/s）

　　在特定時基檔位下◕✘·▩₪，波形時間t1是確定的◕✘·▩₪，那麼波形重新整理率越高◕✘·▩₪，就意味著波形死區時間越短◕✘·▩₪，漏掉的波形越少↟◕·。例如對於T公司的MSO4054而言◕✘·▩₪，它在時基為50ns/div時基下◕✘·▩₪，波形重新整理率可達到最高50kwfms/s◕✘·▩₪，那麼每秒的波形時間等於50*10*50000 = 25ms◕✘·▩₪，死區時間為975ms◕✘·▩₪，故而波形死區高達97.5%◕✘·▩₪，使用者觀察到的有效波形僅佔全部波形的2.5%↟◕·。

　　圖3 50kwfms/s波形重新整理率下觀察的波形資訊

　　ZLG的ZDS2022示波器同樣在50ns/div時基下◕✘·▩₪，波形重新整理率卻能達到330◕✘·▩₪，000wfms/s◕✘·▩₪，使每秒波形時間長達231ms◕✘·▩₪，約T公司MSO4054的9.24倍↟◕·。用兩臺示波器觀察同一個訊號◕✘·▩₪，時基均調到200ns/div時◕✘·▩₪，ZLG的ZDS2022能更短時間內發現訊號異常◕✘·▩₪，但是MSO4054卻不能↟◕·。

　　圖4 330◕✘·▩₪，000wfms/s波形重新整理率下觀察的波形資訊

　　如今◕✘·▩₪，仍然有許多工程師還繼續用模擬示波器◕✘·▩₪，因為模擬示波器不會存在波形死區◕✘·▩₪，卻也存在其他的不足◕✘·▩₪，比如無法做資料統計分析◕✘·▩₪，無法記錄等◕✘·▩₪，這也是模擬示波器使用者越來越少的原因↟◕·。為了減少波形死區對訊號分析的影響◕✘·▩₪，建議在購買示波器時務必選擇高波形重新整理率的示波器↟◕·。

　　而很多示波器使用者無不關心示波器的重新整理率指標◕✘·▩₪，近期我司FAE在與客戶交流時◕✘·▩₪，很多客戶對ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的高重新整理率很感興趣◕✘·▩₪，這樣高的重新整理率到底是怎樣做出來的呢•╃▩？

　　什麼是波形重新整理率•╃▩？

　　波形重新整理率又叫波形捕獲率◕✘·▩₪，指的是每秒鐘波形重新整理的次數◕✘·▩₪，表示為波形數每秒（wfms/s）↟◕·。事實上◕✘·▩₪，示波器從採集訊號到螢幕上顯示出訊號波形的過程◕✘·▩₪，是由若干個捕獲週期組成的↟◕·。一個捕獲週期包括取樣時間和死區時間◕✘·▩₪，模擬訊號透過ADC取樣量化變轉為數字訊號同時儲存◕✘·▩₪，整個取樣儲存過程的時間稱為取樣時間↟◕·。示波器必須對儲存的資料進行測量運算顯示等處理◕✘·▩₪，才能開始下一次的取樣◕✘·▩₪，這段時間稱為死區時間↟◕·。死區時間內◕✘·▩₪，示波器並沒有進行波形採集↟◕·。一個捕獲週期完成就會進入下一個捕獲週期↟◕·。捕獲週期的倒數就是波形重新整理率◕✘·▩₪，如圖1.1中所示◕✘·▩₪，波形重新整理率=1/（Tacq+Tdeat）↟◕·。

　　圖5 示波器取樣過程示意圖

　　影響波形重新整理率的因素有哪些•╃▩？

　　取樣時間和死區時間

　　如圖5中所示◕✘·▩₪，波形重新整理率為Tacq（取樣時間）和Tdeat（死區時間）的倒數◕✘·▩₪，其中取樣時間由示波器螢幕的取樣窗格決定◕✘·▩₪，用水平時基檔位乘以水平方向格數◕✘·▩₪，當水平時基確定後◕✘·▩₪，取樣時間就會固定↟◕·。

　　而死區時間是由示波器的處理能力決定的◕✘·▩₪，當示波器對資料處理能力不足時◕✘·▩₪，就會對採集的大資料不能及時進行處理◕✘·▩₪，死區時間就會變長◕✘·▩₪，重新整理率就會降低;當示波器對資料的處理能力很強時◕✘·▩₪，死區時間就會變短◕✘·▩₪，相應重新整理率就會很高↟◕·。因此死區時間是影響重新整理率的重要因素↟◕·。

　　觸發釋抑時間

　　增大觸發釋抑時間相當於變相地增加了死區時間◕✘·▩₪，因為在釋抑期間◕✘·▩₪，觸發電路封閉◕✘·▩₪，觸發功能暫停◕✘·▩₪，即使有滿足觸發條件的訊號波形示波器也不會觸發◕✘·▩₪，所以也會影響重新整理率↟◕·。但觸發釋抑時間並非指死區時間↟◕·。

　　當對大週期重複波形進行觸發時◕✘·▩₪，由於波形中存在很多滿足觸發條件的波形點◕✘·▩₪，導致觸發波形不穩定◕✘·▩₪，為了得到穩定觸發的波形◕✘·▩₪，我們可以設定觸發釋抑時間◕✘·▩₪，使波形每次都在同一個點觸發◕✘·▩₪，穩定顯示觸發波形↟◕·。如圖1.2中◕✘·▩₪，可將釋抑時間設定為》200ns但《600ns的值↟◕·。

　　圖6  觸發釋抑時間

　　該如何計算死區時間•╃▩？

　　對重新整理率有重要影響的死區時間是如何計算出來的呢•╃▩？

　　當捕捉一個脈寬在40ns~60ns的異常脈衝時◕✘·▩₪，合適的水平時基檔位可設在50ns/格◕✘·▩₪，此時ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的波形重新整理率◕✘·▩₪，意味著每次觸發取樣佔用的總捕獲時間T=1s/330KHz=3.03us◕✘·▩₪，則有效的取樣時間為50ns/divX14（ZDS2022示波器水平方向有14個格）=700ns↟◕·。那麼死區時間百分比為（3030-700）/3030=76.89%↟◕·。

　　捕獲相同的異常脈衝◕✘·▩₪，在相同時基檔位下◕✘·▩₪，若T示波器具有50K幀/秒的重新整理率◕✘·▩₪，則就意味著每次觸發取樣佔用的總時間為◕✘·▩₪，T=1S/50KHz=20us◕✘·▩₪，有效的取樣時間為50ns/divX10（該示波器水平方向有10個格）=500ns◕✘·▩₪，則死區時間百分比為（20000-500）/20000=97.5%↟◕·。

　　死區時間越長◕✘·▩₪，捕獲到偶發訊號的機率就會越低◕✘·▩₪，當小機率異常波形出現在死區時間時◕✘·▩₪，示波器就不會捕獲到該異常◕✘·▩₪，對訊號的除錯會產生很大影響↟◕·。

　　ZDS2022示波器如何能做到高重新整理率

　　那麼為什麼ZDS2022示波器能夠做到高達33萬次幀/秒的重新整理率呢•╃▩？死區時間低至76.89%◕✘·▩₪，比一般示波器97.5%的死區時間竟然低了21.13%☁✘·！

　　圖7 波形合成器框圖

　　ZDS2022示波器採用超大規模FPGA進行波形合成◕✘·▩₪，都是全硬體加速處理;

　　ZDS2022示波器採用超大規模FPGA整合波形視訊記憶體◕✘·▩₪，匯流排頻寬高◕✘·▩₪，使資料處理時間大大減少◕✘·▩₪，且採用了多執行緒並行處理的方式;

　　ZDS2022示波器的波形合成全都採用最佳化演算法進行處理↟◕·。

　　總結

　　示波器的重新整理率直接決定了捕獲異常毛刺的能力◕✘·▩₪，只有真正掌握了重新整理率的本質◕✘·▩₪，才能正確認識示波器的重新整理率指標◕✘·▩₪，ZDS2022示波器具有33萬次幀/秒的重新整理率◕✘·▩₪，能快速捕獲波形異常◕✘·▩₪，高效實用☁✘·！說再多◕✘·▩₪，也不如您親自測一測☁✘·！