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06-18
在决定购买新的数字存储示波器（DSO）时，人们普遍关注的指标包括带宽、采样率、存储深度和通道数。
然而，有一个性能经常被忽视，这就是示波器的显示/数字刷新率。
本文将讨论刷新率对数字示波器使用的影响，并介绍选择刷新率时应注意的问题。
需要考虑刷新率有两个原因。
首先，示波器的数字刷新率对仪器的可用性影响很大；其次，采集/波形刷新率会影响捕获偶发异常事件和毛刺的统计概率。
。
刷新率对示波器可用性的影响 数字存储示波器于 20 世纪 80 年代首次投放市场。
与模拟示波器相比，其最大的缺点是响应性能较差。
当时常见的数字示波器采集刷新率只有每秒一到两个波形，存储深度也只有1，点。
响应能力差使得这种示波器非常难以使用。
工程师和技术人员在使用示波器调试电子系统时，常常将示波器作为“浏览”工具，观察示波器显示屏上的波形，同时快速了解设置状态，如各刻度的电压值、时基等。
，变化缓慢。
如果更改设置时显示屏上的刷新变化非常慢，不仅会令人烦恼，而且还会减慢整个调试过程。
随着数字示波器技术的发展，大多数示波器制造商已经解决了存储深度小于10万点的示波器响应速度问题。
根据经验，如果示波器能够实现新采集每秒至少 20 次的显示刷新率，其响应速度将令人满意。
应该承认，这一指标与一般模拟示波器每秒数十万次的扫描速率相比还是要低很多，但对于人眼和双手来说，每秒20次的数字刷新率足以使数字存储示波器具有“动态性能”。
”的感觉。
不幸的是，随着对具有更深存储能力（>1MB）的数字存储示波器的需求增加，许多示波器仍然由于数字波形记录的处理时间问题而导致响应性能较差。
为此，默认设置很多深存储示波器的工作模式是采用浅存储模式（一般小于50000点），在浅存储模式下，示波器响应足够灵敏，如果用户在特定场合需要深存储，可以选择更深的存储。
方法，但必须处理示波器无法响应的区域，一些存储深度极大的示波器每次刷新屏幕需要8到10秒，这是很多用户无法接受的，为了解决刷新问题。
针对深度存储条件下的速率问题，一些示波器制造商采用了特殊的快速采集操作模式，在这种模式下，示波器每秒能够捕获多达数十万条波形记录。
问题解决了吗？是和不是。
快速采集确实解决了刷新率问题，大大提高了示波器的可用性。
不过，正如上面所说，快速采集是一种特殊的运行模式，在其他地方做了一些比较大的妥协。
该工作模式下，最大采样率和存储深度受限于示波器的最大索引值。
另外，长波形放大、自动测量、数学计算等功能也被禁用，所以这只是一种特殊的操作模式。
安捷伦科技的示波器采用 MegaZoom 技术来解决深度存储的响应能力问题。
使用 MegaZoom 深存储器，即使在处理非常深的波形记录时，数字刷新率也可以超过每秒数万个波形。
MegaZoom 绝不是一种特殊的示波器操作模式，而是一种标准操作模式，允许用户完全访问存储的记录并使用示波器的放大功能。
在最大采集刷新率下，示波器的响应能力给人一种更真实的“动态”感觉。
虽然每秒捕获数十万个波形的快速采集方法仍然优于MegaZoom每秒数万个波形，但考虑可用性问题并不一定更好。
数字存储示波器中使用的所有光栅扫描阴极射线管的显示刷新率都在 30 至 60 Hz 之间。
将波形捕获率提高到超出示波器的显示刷新率并不会提高示波器的可用性。
限制示波器可用性的因素有很多，显示刷新只是其中之一。
快速采集限制了许多功能的使用，包括放大功能、测量和波形数学，这些都是其他可用性考虑因素。
最终，评估示波器可用性的唯一方法就是亲自尝试。
刷新率对捕获偶发异常的影响 捕获偶发事件时，数字刷新率对捕获异常和瞬态扰动的可能性有巨大影响。
用户可能直观地认为采用快速采集技术的数字存储示波器每秒可以完成数十万次波形刷新，而采用MegaZoom技术的数字存储示波器每秒只能捕获数万次波形。
前者一定比后者好。
然而事情并没有那么简单。
首先，影响示波器数字刷新率的因素有很多，而声称每秒数十万个波形的规格可能只适用于狭窄的条件范围。
例如，每秒识别数十万个波形的示波器的快速采集功能仅适用于最快扫描速度范围（每刻度40ns或更快），并且不能超过采样率（每秒最大1.25G样本）和存储深度（最大 1MB）限制。
此外，数字刷新率的一个关键是输入信号触发率。
如果输入信号触发速率低于示波器的最大数字刷新速率，则后者将受到前者的限制。
为了讨论，暂时假设输入触发速率不限制数字刷新率，那么每秒最大波形指标是否能很好地反映示波器捕获偶发事件的能力？如果所有条件都合适的话，可能是这样。
每秒数字化波形的数量很好地反映了示波器的空闲时间特性，空闲时间是示波器处理数字化信息并准备重新启动下一个采集过程的信号采集之间的时间段（图1）。
缩短空闲时间可以提高对空闲时间内可能发生的事件的捕获概率，但如果减少空闲时间是以牺牲采集时间内的数字性能为代价的，那么其捕获不频繁事件的能力就会较低比具有更长空闲时间的示波器。
总体概率可能比较低。
降低具有快速采集功能的示波器的采样率和存储深度确实可以改善空闲时间特性，但会降低在采集时间内捕获窄脉冲的概率。
意外事件是完全随机的，随时可能发生。
在大多数情况下，衡量指标的更好方法是指定较长时间内的数字化点数（例如每秒的数字化点数）。
在讨论为什么这是更好的方法之前，应该提醒的是，每秒的数字化点数与采样率不同。
采样率始终以每秒样本数计算。
它仅指示采集时间内的数字化速率。
在示波器空闲期间，采样率始终为 0。
指定一秒（或更长）内的数字化点数总数表示在较长时间内采集的点数，其中包括采集时间和空闲时间数字化点。
事实上，也可以想象为较长一段时间内的平均数字化。
速率，该周期包括采集时间（最大采样率）和空闲时间（0采样率）。
指定每个时间段的数字化点数后，用户可以更准确地了解捕获偶发事件（无论是发生在采集时间还是空闲时间）的统计概率。
不幸的是，大多数示波器制造商的文献和手册中尚未普遍使用该规范。
之所以如此，是因为需要考虑的变量非常多，例如扫描速度、通道数、存储深度等。
为了比较快速采集方法和 MegaZoom 技术，我们给出了从 MHz 到 1GHz 的四条示波器比较曲线，包括两台快速采集示波器和两台 MegaZoom 示波器。
显示的数据是在接近最佳的操作条件（单通道操作、实时采样、自动测量和数学功能禁用）和各种扫描速度设置下收集的（图 2）。
此比较仅考虑“屏幕上可见”的数字化点。
例如，当示波器以非常快的时基显示波形时，屏幕之外实际上会存在许多数字化点。
然而，该分析仅试图说明实际可见的数字化点。
偶然事件概率，因此屏幕外的数据点没有用处，在分析中不予考虑。
从图2中可以看出，无论是快速采集示波器还是MegaZoom示波器都不可能在所有条件下都具有优势。
影响每秒数字化点数的主要变量是示波器时基设置。
当扫描速度设置为每刻度 2 μs 或更快时，快速采集示波器由于空闲时间短而更好，但必须注意快速采集示波器对采样率有负面影响。
价格有限。
尽管每秒的数字化点数可能高于扫描速率更快的 MegaZoom 示波器，但如果采样率太低而无法捕获不频繁的事件，则每秒的数字化点数可能没有意义。
当扫描速度设置为每刻度 5μs 或更慢时，MegaZoom 示波器性能更好，因为它在采集时间内具有更大的采样率和存储深度（在采集时间信息期间可以采集更多波形）。
因此，哪种示波器对于捕获偶发事件更有用取决于具体情况。
让我们看一下捕获偶然事件的两个示例。
如果您尝试捕获高速锁存器输出处的亚稳态，快速采集示波器可能会做得更好。
在这种情况下，一般需要将示波器的时基设置为更快的扫描速度才能看到亚稳态。
稳态详细信息（图 3）。
然而，即使锁存输出信号可能表现出高速特性，例如快速上升时间，其实际交换速率也可能远低于快速采集示波器标定的最大数字化刷新速率，这限制了触发速率，是决定数字化率的一个主要因素。
因此示波器的空闲时间可能不取决于最小重启时间和处理时间，而仅取决于输入信号的触发速率。
在理想条件下（不限制触发率和采样率），快速采集示波器更好，但在大多数现实条件下，MegaZoom 示波器可能会更好，因为它具有更高的采样率和更深的内存功能。
如果您想要捕获意外出现在长串行数据流中的传输位或数据包（图 4），MegaZoom 示波器更适合捕获不常见的事件。
为了捕获此类事件，示波器时基可设置为每刻度 2 μs 或更慢。
在这种条件下，MegaZoom示波器可以比快速采集示波器以更高的采样率和存储深度获得更多的信息。
同样，什么是对什么是错取决于具体的应用。
最后要强调的是，要考虑所谓的“特殊模式”和“标准运营模式”。
如上所述，某些示波器的快速采集模式是一种特殊的操作模式，仅在有特定需要时使用。
对于 MegaZoom 示波器，MegaZoom 模式是常见的默认操作模式。
无需进入特殊的操作模式。
刷新率和深度存储容量均经过优化，并且不牺牲数字性能、自动测量功能和采集后放大分析。
和其他功能。
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