一、什么叫數(shù)字存儲

所謂數(shù)字存儲就是在示波器中以數(shù)字編碼的形式來儲存信號。它有以下特點：

• 可以顯示大量的預(yù)觸發(fā)信息
• 可以通過使用光標(biāo)和不使用光標(biāo)的方法進(jìn)行全自動測量。
• 可以長期存儲波形
• 可以將波形傳送到計算機(jī)進(jìn)行儲存或供進(jìn)一步的分析之用。
• 可以在打印機(jī)或繪圖儀上制作硬考貝以供編制文件之用。
• 可以把新采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進(jìn)行比較。
• 可以按通過/不通過的原則進(jìn)行判斷。
• 波形信息可以用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理。

二、數(shù)字存儲示波器的原理

    數(shù)字存儲示波器是用數(shù)字電路來完成存儲功能的，因此稱“Digital storage oscilloscope”簡稱DSO。在DSO中在輸入信號接頭和示波器CRT之間的電路不只是僅有模擬電路。輸入信號的波形在CRT上獲得之前先要存儲到存儲器中去。它用A/D變換器將模擬波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后存儲在存儲器RAM中，需要時再將RAM中存儲的內(nèi)容調(diào)出，通過相應(yīng)的D/A變換器，再將數(shù)字信號恢復(fù)為模擬量，顯示在示波管的屏幕上。在數(shù)字存儲示波器中，信號處理功能和信號顯示功能是分開的，其性能指標(biāo)完全取決于進(jìn)行信號處理的A/D、D/A變換器RAM。我們在示波器的屏幕上看到的波形總是有所采集到的數(shù)據(jù)重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的立即的、連續(xù)的波形顯示。

三、采樣和數(shù)字化

    實現(xiàn)數(shù)字存儲首先要獲取輸入電壓的采樣值。這是通過采樣及保持電路來完成的。采樣值送往模/數(shù)變換器（ADC）， ADC測量此采樣電壓值，并用數(shù)字的“字”的形式表示出來。這個過程稱為數(shù)字化。

    模/數(shù)變換器（ADC）圍繞一組比較器而構(gòu)成，每個比較器都檢查輸入采樣電壓是高于或低于其參考電壓。如果高于參考電壓，則該比較器輸出為有效，反之為無效。各比較器的參考電壓彼此略有不同。這些參考電壓都是用一個電阻鏈從一個基準(zhǔn)源而得來的。對于某一個采樣電壓值來說，若干個比較器輸出為有效，其余的比較器輸出為無效。接著ADC中的編碼變換器就把該采樣電壓值變?yōu)橐粋€“數(shù)字”，并將其送往數(shù)字存儲器。這種類形的ADC稱為閃速式(flash) 模/數(shù)變換器,因為它能在“一閃”間把一個模擬輸入電壓變換為一個“數(shù)字”。除此之外還可以使用其它的模/數(shù)變換器，其模/數(shù)變換器是有幾部動作來完成的。但是其缺點是完成一個采樣的變換所需時間較長。

1、模/數(shù)變換器垂直分辨率

    ADC通過把采樣電壓和許多參考電壓進(jìn)行比較來確定采樣電壓的幅度。構(gòu)成ADC所用的比較器越多，其電阻鏈越長，ADC可以識別的電壓層次也越多。這個特性稱為垂直分辯率。垂直分辯率越高，則示波器上的波形中可以看到的信號細(xì)節(jié)越小。垂直分辯率用比特來表示。垂直分辯率就是構(gòu)成輸出的字的總比特數(shù)（即數(shù)字輸出字的長度大小）。這樣ADC可以識別并進(jìn)行編碼的電壓層次數(shù)可以用下式來計算：層次數(shù)=2比特數(shù)。多數(shù)示波器使用8比特的模/數(shù)變換器。所以能夠按28=256個不同的電壓層次來表示信號電平。這樣就能夠提供足夠的細(xì)節(jié)以便嚴(yán)究信號和進(jìn)行測量。在這種垂直分辯率下，可以顯示的最小信號步進(jìn)值大約和CRT屏幕上的光點的直徑大小相同。代表采樣電壓值的一個ADC輸出字包含8個比特，并稱為一個字節(jié)。

    在現(xiàn)實當(dāng)中，增加垂直分辯率的限制因素之一是成本問題。在制造ADC時，輸出字每多增加一個比特，就需要將所用的比較器數(shù)增加一倍并使用更大的編碼變換器。這樣一來就使得ADC電路在電路板上占據(jù)大一倍的芯片空間，并消耗多一倍的功率，這又將進(jìn)一步影響周圍電路。結(jié)果增加垂直分辯率又帶來了價格的提升。

2、時基和水平的分辨率

    在數(shù)字存儲示波器中，水平系統(tǒng)作用是確保對輸入信號采集足夠數(shù)量的采樣值，并且每個采樣值取自正確的時刻。和模擬示波器一樣，水平偏轉(zhuǎn)的速度取決于時基的設(shè)置。

    構(gòu)成一個波形的一組全部的采樣叫做一個記錄。用一個記錄可以重建一個或多個屏幕的波形。一個示波器可以儲存的采樣點數(shù)稱為記錄長度或采集長度。記錄長度用字節(jié)或千字節(jié)來表示。1千字節(jié)（1KB）等于1024個采樣點。通常示波器沿著水平軸顯示512采樣點。為了便于使用，這些采樣點以每格50個采樣點的水平分辨率來進(jìn)行顯示。這就是說水平軸的長為512/50=10。24格。據(jù)此，兩個采樣之間的時間間隔可按下式計算：

采樣間隔=時基設(shè)置（S/格）/采樣點數(shù)

    通常示波器可以顯示的采樣點數(shù)是固定的。時基設(shè)置的改變是通過改變采樣速率來實現(xiàn)的。因此一臺特定的示波器所給出的采樣速率只有在某一特定的時基設(shè)置之下才是有效的。了解時基設(shè)置值非常重要，因為這個值是示波器采集非重復(fù)性信號時的最快的時基設(shè)置值。使用這個時基設(shè)置時示波器能給出其可能的最好的時間分辨率。此時，時基設(shè)置值稱為“最大單次時基設(shè)置值”，在這個設(shè)置值之下示波器使用“最大實時采樣速率”進(jìn)行工作。這個采樣速率也就是在示波器技術(shù)指標(biāo)中所給出的采樣速率。在較低的時基設(shè)置之下，示波器使用的采樣速率也比較低。

3、實用上升時間

    在很多示波器應(yīng)用場合，都要進(jìn)行信號開關(guān)特性的測量，即測量上升時間和下降時間。示波器的上升時間決定了該示波器能夠精密進(jìn)行測量的最快瞬變特性。對于模擬示波器來說上升時間特性完全取決于示波器的模擬電路。如果使用DSO，則示波器可以采集到的最快的瞬變特性不僅取決于模擬電路，也取決于其時間分辨率。為了正確的進(jìn)行上升時間的測量，必須在我們關(guān)心的信號邊緣上采集到足夠的細(xì)節(jié)信息。這就是說在該瞬變期間必須采集很多采樣點。這個上升時間稱為DSO的有用上升時間。并且其時間值是時基設(shè)置制的函數(shù)。

4、香農(nóng)(shannon)采樣定律

    當(dāng)人們最初探索將信號進(jìn)行數(shù)字化的時候，為了很好的恢復(fù)原來的信號，在進(jìn)行信號數(shù)字化的時候就要求采樣時鐘的頻率至少應(yīng)為信號本身所包含的最高頻率的兩倍。這就是香農(nóng)(shannon)采樣定律。然而香農(nóng)(shannon)采樣定律研究時是針對通信應(yīng)用領(lǐng)域而并非針對示波器來進(jìn)行的。當(dāng)使用兩倍于信號頻率的采樣時鐘時，信號頻率確實可以恢復(fù)。使用恰當(dāng)?shù)牟ㄐ沃亟ㄑb置，我們就可以得到和原始波形十分相像的波形。但問題不是這樣簡單，如果在進(jìn)行波形數(shù)字化時仍然使用相同的采樣時鐘，但是將采樣點選在和原來略為不同的時刻，不一定在信號的峰值點。這樣一來，信號的幅度就會嚴(yán)重失誤，甚至可能完全丟失。事實上，如果采樣點準(zhǔn)確地取在信號的過零點，那么由于所有的采樣取到的值均為零，我們將完全觀測不到信號。示波器是用來研究信號的，為了很好的研究信號不僅要求正確的表示信號的頻率，還要求準(zhǔn)確的表示信號的幅度。如果每個周期用三個采樣點對信號進(jìn)行采樣，則再現(xiàn)的波形也會發(fā)生很大的失真。

    根據(jù)經(jīng)驗，通常認(rèn)為每周期最小要取十個采樣點才能給出足夠的信號細(xì)節(jié)。在有些情況下，對信號的細(xì)節(jié)要求低些，這時每周期取五個采樣點可能就足以給出有關(guān)信號的特性。這樣對于一個最大采樣速率為200MS/S的示波器來說，能夠準(zhǔn)確采集的最大信號頻率即為20-40MHZ。在這種情況下，還可以使用特殊的顯示系統(tǒng)來提高顯示波形的保真度。其方法是通過各個采樣點畫出最佳擬合的正弦曲線。這種方法稱為正弦內(nèi)插。

5、假象(aliasing)現(xiàn)象

    為了重建一個波形，至少需要一定數(shù)量的采樣點。而且在任何情況下采樣時鐘的頻率都必須比信號頻率高5—10倍。如果采樣時鐘的頻率比信號頻率低，那我們將會得到不可預(yù)料的結(jié)果。從信號波形的不同周期連續(xù)獲取采樣點時，假如每一新的采樣點的采集都發(fā)生在相對于信號過零點的時間間隔略為長一點的時刻，如果我們用這些采樣點來重建信號波形，則顯示出來的仍然是一個正弦波。但是這個正弦波的頻率和原來的輸入信號的頻率會完全不同。這種現(xiàn)象稱為假象信號或者不正確頻率的幻影信號。它有可能表示出正確的波形形狀，而且往往還具有正確的波形幅度。

    現(xiàn)在一般數(shù)字示波器都有自動設(shè)置功能，一旦輸入形號連好以后，示波器就能自動的選擇適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)系數(shù)和時基設(shè)置值。這種自動設(shè)置功能能幫助避免假象現(xiàn)象。

    在有些情況下，信號的頻率變化的非?？欤灾掠谠谀骋粫r刻選定的時基設(shè)置是正確的，而在另一時刻（或者對于信號的另一部分而言）示波器又顯示出假象信號。這時可以用峰值檢測功能來發(fā)現(xiàn)任何時刻信號的真正幅值。為了獲得這種復(fù)雜信號的真實波形，建議使用組合示波器的模擬方式來觀察信號，模擬方式是不可能發(fā)生假象的。

6、實時采樣和等效時間采樣

    實時采樣時所有的采樣點都是按照一個固定的次序來采集的。這個波形采樣的次序和采樣點在示波器屏幕上出現(xiàn)的次序是相同的。只要一個觸發(fā)事件就可以啟動全部的采集動作。在很多應(yīng)用場合，實時采樣方式所提供的時間分辨率仍然不能滿足工作的要求。在這些應(yīng)用場合中，要觀察的信號往往是重復(fù)性的，即相同的信號圖形按有規(guī)則的時間間隔重復(fù)的出現(xiàn)。對于這些信號來說，示波器可以從若干連續(xù)的信號周期中采集到的多組采樣點來構(gòu)成波形。每一組新的采樣點都是由一個新的觸發(fā)事件來起動采集的。這稱為等效時間采樣。在這種模式下，一個觸發(fā)事件到來以后，示波器就采集信號波形的一部分，例如采集五個采樣點并將它們存入存儲器。另一個觸發(fā)事件則用來采集另外五個采樣點，并將其存儲在同一存儲器的不同位置，如此進(jìn)行下去。經(jīng)過若干次觸發(fā)事件后，存儲器內(nèi)存儲了足夠的采樣點，就可以在屏幕上重建一個完整的波形。等效時間采樣使得示波器在高時基設(shè)置值之下給出很高的時間分辨率。這樣一來，就好象示波器具有了比其實際采樣速率要高得多的一個虛擬采樣速率或稱等效時間采樣速率。

    等效時間采樣的方法采用從重復(fù)性信號的不同的周期取得采樣點來重建這個重復(fù)性信號的波形，這就提高了示波器的時間分辨率。等效時間采樣速率是在高時基設(shè)置值之下表示示波器水平分辨率的一種間接方法。它也表明假如使用實時采樣的方法要獲得相同的時間分辨率所需要的采樣速率。等效時間采樣速率比現(xiàn)今能夠達(dá)到的實時采樣速率要高的多。

    可以采用兩種不同的技術(shù)來實現(xiàn)等效時間采樣，即順序采樣和隨機(jī)采樣。

6．1順序采樣

    采用順序采樣時，采樣點的采集是按一個固定次序進(jìn)行的，即在屏幕以上從左向右采集。每到來一個新的觸發(fā)事件就采集一個采樣點。為了填滿一個完整的波形記錄，記錄中有多少個存儲位置就需要有多少個觸發(fā)事件。

    當(dāng)?shù)谝粋€觸發(fā)事件到來以后就立即采集第一個采樣點，并將其存入存儲器。第二個觸發(fā)事件則用來起動一個定時系統(tǒng)。此定時系統(tǒng)將產(chǎn)生一個很小的時間延遲，經(jīng)過這個延遲時間以后，在采集第二個采樣點。在掃跡存儲器中的時間分辨率就等于這個小的延遲時間△T。第三個觸發(fā)事件到來后該定時系統(tǒng)產(chǎn)生2△T的延遲時間，此延遲時間過后再采集第三個采樣，并這樣進(jìn)行下去。這就是說第n個新的采樣點的采集是在相對于類似的觸發(fā)事件延遲了（n-1）△T的時間以后進(jìn)行的。其結(jié)果是示波器上顯示的波形是由按固定次敘出現(xiàn)的采樣點構(gòu)成的。即第一個采樣點在屏幕的最左邊，按著各采樣點依次向右構(gòu)成顯示波形。

    在順序采樣模式下，采集波形的周期數(shù)，即觸發(fā)事件數(shù)等于存儲器的記錄長度。順序采樣可以實現(xiàn)后觸發(fā)延遲功能，但是不能提供預(yù)觸發(fā)信息。在快速時基設(shè)置之下，填滿一個存儲器記錄所需時間是很有限的。其速度要比隨機(jī)采樣要快得多。

6、2隨機(jī)采樣

    在使用隨機(jī)采樣的示波器中，每一組采樣點是在隨機(jī)的時刻采集的，而與觸發(fā)事件無關(guān)。這些采樣點之間的時間間隔為一已知時間，由采樣時鐘來確定。當(dāng)示波器在等待觸發(fā)事件到來時，其內(nèi)部就在連續(xù)的進(jìn)行采樣并將結(jié)果儲存起來。當(dāng)一個觸發(fā)事件到來時，示波器內(nèi)的一個定時系統(tǒng)就從這一刻開始直到下一個采樣點時刻進(jìn)行測量。由于采樣間隔是固定的，因此示波器就能夠從此測量的時間計算出所有采集的采樣點在存儲器中的位置。

    當(dāng)?shù)谝淮尾杉乃胁蓸狱c存儲完畢以后，就開始采集一組新的采樣點并等待新的觸發(fā)事件。新觸發(fā)事件到來以后，計時系統(tǒng)又進(jìn)行新的時間測量并計算出這些新的采樣點的位置。這些新的采樣點落在上一次采集的采樣點填充位置之間的未填充位置。用這種方法，波形掃跡就由在X軸上的隨機(jī)位置上出現(xiàn)的一組組的采樣點構(gòu)成。在最快的時基設(shè)置之下，使用隨機(jī)采樣的方法填滿一個完整的波形記錄所花的時間要比順序采樣的方法多很多，因為這時是用統(tǒng)計的方法來填充所有的存儲器位置。隨機(jī)采樣技術(shù)的優(yōu)點在于可以提供預(yù)觸發(fā)信息以及觸發(fā)后信息。

7、電荷耦合器件

    有些示波器采用電荷耦合器件，CCD即一種模擬移位寄存器，來作模擬存儲介質(zhì)。電荷耦合器件可以看成是一個由很多小單元組成的陣列，每個單元都可以儲存一定量的電荷。此電荷就代表了信號的采樣值。在時鐘信號的命令控制下，這些單元可以按一個固定的方向一個接一個的傳遞電荷。

    在高速時鐘控制下，CCD可以用來移位存入模擬信息。當(dāng)所有的單元都填滿時，快速時鐘停止。然后用一個較慢的時鐘將CCD中的電荷信息移位取出送入一個標(biāo)準(zhǔn)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這樣，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器就可以以低得多的速度工作。而波形采集的速度僅僅取決于CCD輸入時鐘的速度。

    如果讓采樣時鐘連續(xù)運行，而當(dāng)觸發(fā)事件到來時讓時鐘停止，那么所有CCD的單元中寸儲的都是觸發(fā)時刻之前采集的信息。即整個CCD中填充的都是預(yù)觸發(fā)信息。這對于研究系統(tǒng)過程的起因是非常寶貴的。

四、顯示類型、光柵掃描與相量掃描

    CRT是示波器的心臟，在CRT中電子束的偏轉(zhuǎn)是通過兩個偏轉(zhuǎn)板之間施加電壓來實現(xiàn)的。這種方法稱為靜電偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以從DC開始直到很寬的頻率范圍內(nèi)使用。在模擬示波器中采用了這種方法。在模擬示波器中輸入信號經(jīng)過衰減或放大以后，連續(xù)的直接的加到偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。因此模擬示波器常常被認(rèn)為是最可信賴的信號儀器。我們在CRT頻幕上所看到的波形就是被測系統(tǒng)中實際發(fā)生的情況。這時電子束的偏轉(zhuǎn)是由輸入信號和時基來決定的。這兩者一起把電子束偏轉(zhuǎn)到屏幕上需要加亮的位置。這種類型的顯示稱為相量掃描顯示。

    在DSO中，在顯示信號波形之前首先要采集波形并存入存儲器。在某些DSO中使用了另一種類型的CRT即和PC監(jiān)視器和電視機(jī)所使用的相類似的CRT。在這些CRT中電子束是由安裝在CRT外面的線圈產(chǎn)生的磁場來偏轉(zhuǎn)的，這種方法稱為磁偏轉(zhuǎn)，它只能在一個有限的偏轉(zhuǎn)頻率范圍內(nèi)使用。所以這種顯示管采用和TV屏幕完全相同的方法來驅(qū)動：即在屏幕上以固定的頻率從左到右一行挨一行的畫出掃描線。掃完完整的一屏（一個全場）可能需要500行或更多的行。DSO計算出屏幕上的哪些點需要加亮，當(dāng)掃描系統(tǒng)掃到屏幕上的這種點時，就使電子束加亮。這種類型的顯示稱為光柵掃描顯示，它只能用于DSO，而不能用在模擬示波器中。這時我們在屏幕上看到并不是輸入信號本身的波形，而是使用早些時刻采集的表示輸入信號的數(shù)據(jù)在屏幕上重建的波形。

    近年來使用液晶顯示器（LCD）的DSO已經(jīng)問世。這種顯示器需要的功率要比CRT小，功耗很低，一組小型的電池就可以供儀器工作幾個小時。因此在便攜式示波器上極為理想。

五、DSO的控制機(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)。

1、預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)

    每一次時基掃描都是由一個觸發(fā)事件啟動的。這樣一來我們就只能研究觀察觸發(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)的信號部位后面，而是在觸發(fā)以后一段時間，或者甚至可能在觸發(fā)之前。

    例如當(dāng)一個半導(dǎo)體器件被打開時，其輸出信號的幅度可能很大，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：即有一個信號（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)的顯示出一個系統(tǒng)的輸入和輸出信號，年個而看出系統(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)的研究觸發(fā)事件以后一段時間發(fā)生的信號有關(guān)部分。例如要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。其作法是：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即將開始的時刻采集。

    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)，獨立工作，所以被測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)事件的不同時刻（即屏幕上的不同位置）出現(xiàn)。

2、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)可以使得觸發(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，例如在采集信號記錄的開頭、中間和結(jié)尾。但如示波器具有很寬的出發(fā)位置控制范圍，使用起來會是很方便的。

3、毛刺捕捉

    由于電路的干擾或者由于連線離被測系統(tǒng)過近等因素就可能會產(chǎn)生帶有快速的毛刺或尖峰的失真波形，這些毛刺常會引起系統(tǒng)發(fā)生誤動作。這就需要我們來發(fā)現(xiàn)這些毛刺。

    如果用模擬示波器來觀察，只有當(dāng)毛刺信號是重復(fù)性的并且和主信號同步時，我們才能看到毛刺信號?；蛘呷绻\氣好，出現(xiàn)了很多的毛刺，就可能會在主信號的周圍看到毛刺的朦朧形象。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。使用DSO捕捉毛刺首先必須確保示波器已準(zhǔn)備好去捕捉這些快速毛刺。DSO在特定時刻對輸入信號進(jìn)行采樣，采樣點之間的時間間隔取決于時間設(shè)置。如果毛刺的寬度比示波器的時間分辨率還要小，能否捕捉到毛刺就要看運氣如何了。為了能夠捕捉到毛刺我們的辦法就是峰值檢測或毛刺捕捉。

    采用峰值檢測的方法時，示波器將對信號波形的幅度連續(xù)的進(jìn)行監(jiān)測，并由正、負(fù)峰值檢測器將信號的峰值幅度暫時的儲存起來。當(dāng)示波器要顯示采樣點的時候，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的數(shù)值。因此，峰值檢測的方法能幫助我們發(fā)現(xiàn)由于使用的采樣率過低而丟失的信號或者由于假象現(xiàn)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，也很有用。為了顯示這類信號，必須將示波器的時基設(shè)置的和調(diào)制信號的頻率相配合。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，不使用毛刺捕捉功能，就不能正確的采集信號，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。

    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儲信號的峰值。這種方法的缺點是速度比較慢，它通常只能存儲寬度大于幾個微秒且有相當(dāng)幅度的毛刺。數(shù)字峰值檢測器圍繞ADC而構(gòu)成，這時ADC將以可能的最高采樣率連續(xù)對信號進(jìn)行采樣。然后將峰值存儲在一個專用的存儲器中。當(dāng)要顯示采樣點的值時，儲存的峰值就作為該時刻的采樣值來使用。數(shù)字峰值檢測器的優(yōu)點是其速度和數(shù)字化的過程的速度一樣快。

4、滾動模式

    從觸發(fā)事件開始，示波器采集信號的采樣點，并將其存于采集存儲器中的連續(xù)位置。一單新的數(shù)據(jù)已將存儲器的最后一個單元填滿以后，采集過程即告結(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。在此期間示波器不再采集新的數(shù)據(jù)，就象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，信號的周期可達(dá)分鐘的量級而遠(yuǎn)不只是微秒級的量級，這時DSO可以應(yīng)用一種全連續(xù)的顯示方式：滾動模式。在這種模式下，示波器采集采樣點并立即將采集的數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲器。而這些新的采樣點顯示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形則向左滾動。老的采樣點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最新信號對時間變化的情況。

    由于有了這種滾動模式，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。

5、顯示放大

    在模擬示波器中，可以將時基放大10倍，以便詳細(xì)觀察信號的細(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。通常時基放大按2的冪次倍數(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。

六、特殊的觸發(fā)方式

    DSO的存儲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。為了實現(xiàn)這一目的，只有邊緣觸發(fā)往往是不夠的，為此就需要有若干附加的觸發(fā)能力的特殊的觸發(fā)方式。

1、圖形觸發(fā)

    在邏輯硬件電路中，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)視多條線的狀態(tài)。

2、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這個時鐘系統(tǒng)的指令之下來存儲其輸入信號。當(dāng)使用狀態(tài)觸發(fā)時，輸入信號的處理方法和圖形觸發(fā)時一樣，只不過現(xiàn)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儲的其余的線的輸入字和用戶規(guī)定的觸發(fā)字一致，則示波器就觸發(fā)。

3、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、尖峰等可引起示波器觸發(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?？梢园咽静ㄆ髟O(shè)置為當(dāng)被測脈沖的寬度小于允許的最高頻率信號之周期的一半時觸發(fā)。因為我們可以認(rèn)為，在正常工作的情況下，這樣的窄脈沖是不可能發(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)在可以把示波器的觸發(fā)條件設(shè)置為在脈沖寬度小于一個時鐘周期時觸發(fā)。

4、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求某一最小時間長度（如果時間長于某值則為有效），要求某一最大時間長度或者要求某一個從最小值到最大值的時間范圍。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)行檢測時是非常有用的。還可以用這種觸發(fā)方式探測連續(xù)工作信號發(fā)生的中斷現(xiàn)象。

5、時間延遲

    這種觸發(fā)方式可以使示波器按照多個信號的情況來觸發(fā)，而其中的一個信號，用來延遲采集的起始點。觸發(fā)周期是由一個主信號，通常為多個信號通到之一啟動的。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。典型應(yīng)用實例為串行數(shù)據(jù)線、控制系統(tǒng)及機(jī)械環(huán)境等。

6、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完全相同。這種情況下， N次周期觸發(fā)方式特別有用。例如某一系統(tǒng)按一固定頻率運行，但是每過12個脈沖，脈沖的寬度就變得寬一些。這時可以選擇“N周器=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)。

七、波形存儲

    被測信號的波形存入存儲器以后，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通常裝有多個這種存儲器。后備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儲。也可將后備存儲器設(shè)置為記錄存儲器，這時示波器將多通道采集的所有數(shù)據(jù)同時存儲下來。第二種方法的好處是同時保存了所有有關(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)的波形都存儲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。

八、顯示算法、內(nèi)插和點連接及窗口模式

    我們在DSO屏幕上看到的波形是由存儲器中的采樣點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，并在這些采樣點之間畫出連線。這種波形顯示的工作可以按幾種方法來作。最簡單的方法是在各個采樣點之間用直線連接。這種方法稱為線性內(nèi)插。只要各采樣點之間靠得很近，例如每格50個采樣點，用這種方法就能夠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，那么用這種方法就可以觀察信號的沿。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的連續(xù)的曲線就比在采樣點之間用直線連接要好得多。為此可以使用正弦內(nèi)插法。采用這種方法時，在屏幕上將各個采集的采樣點用幅度和頻率俱為可變的最佳正弦擬合曲線連接起來。采用了內(nèi)插的方法以后，即使當(dāng)屏幕上每格的采樣點數(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。

    為了觀察真正的采樣點，示波器通常設(shè)有點顯示方式。在此方式下，不使用任何內(nèi)插法。選擇這種方式以后，我們在屏幕上只能看到用離散亮點表示的采樣點，而在這些點之間沒有任何連線。

    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儲的信號波形比較時，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。由于減小了垂直幅度，因此在窗口模式下，DSO還可以使用其模擬前端的全部動態(tài)范圍。這樣，在減少了顯示幅度的情況下，還能獲得優(yōu)化的測量準(zhǔn)確度。

九、、自動測量和處理

1、自動測量

    示波器用來顯示信號的波形，并對諸如：峰---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，這些波形參數(shù)都可以使用大家熟知的數(shù)學(xué)方法來測量計算。

    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，再用數(shù)學(xué)定義算出測量結(jié)果。對于基本的波形來說，這種方法只能獲得中等的準(zhǔn)確度，但方法是可行的。而對于更加復(fù)雜的波形來說，使用這種方法要困難的多，并且可能要進(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)行兩個或多個參數(shù)的測量。因此可以用來進(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，如果示波器對存儲的波形和新采集的波信都能進(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)或者對系統(tǒng)修改后的變化影響。

    示波器上最完全的參數(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)的最小值、最大值和平均值。使用這一功能我們可以發(fā)現(xiàn)一個系統(tǒng)性能變化的趨勢而無需連續(xù)監(jiān)視示波器屏幕顯示的內(nèi)容。

    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)果都源于在示波器的存儲器中存儲的采集到的波形。這就意味著，示波器的設(shè)置情況對參數(shù)測量的結(jié)果會有影響。例如，如果示波器的時基速度設(shè)置的比較慢，比如說設(shè)置為1ms/格，而要對一個估計為50ns—100ns的上升沿進(jìn)行上升時間的測量，那么由于采集過程中時間分辨率的限制，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)置的足夠快，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。

2、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)的方法是用兩個通道的波形數(shù)據(jù)來畫圖。這時對顯示的每一個數(shù)據(jù)點來說，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，還可以和運動傳感器配合使用來檢查運動系統(tǒng)的振動情況。和輸出信號器蠶

    在X—Y模式下，DSO比模擬示波器優(yōu)越的地方在于這時DSO的帶寬為示波器的全部采基帶寬，而在X---Y模式下模擬示波器只能用于有限的帶寬。而另一方面，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)中提取寶貴的信息，或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算以便用更加有用的格式來表示數(shù)據(jù)中所包含的信息。這種運算通常稱為波形的數(shù)學(xué)運算

2．1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每一個采樣點都是由各次連續(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，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，采集的波形完全由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。

2．2包絡(luò)模式

    當(dāng)被測信號隨著時間變化時，例如要觀察信號的幅度變化或者抖動現(xiàn)象時，觀測在多次采集過程中波形的總體特性往往比觀測一次瞬時波形更有用。當(dāng)打開包絡(luò)模式以后，示波器在各次連續(xù)采集過程中對波形記錄中的每個采樣點位置的最小值和最大值都存儲下來，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)行長時期的抖動測量或者長時期的幅度變化測量。

2．3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)處理以減小波形帶寬的處理過程?！盀V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和同一波形記錄中與該點相臨的若干采樣點進(jìn)行平均來實現(xiàn)的。這樣作的結(jié)果減小了信號中的噪音，但同時也減小了帶寬。與平均方法不同，數(shù)字濾波減小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。

2．4波形比較，樣板測試

    示波器中存儲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)。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的、全自動的進(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儲在示波器的寄存器中。這些存儲的信息稱為樣板。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，則示波器指示“不通過”。

2．5快速付里葉變換（FFT）

    快速付里葉變換（FFT）是一種數(shù)學(xué)運算方法。它從被測信號中提取信號所包含的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成份或者尋找系統(tǒng)間的相互干擾等工作是非常有用的。

2．6波形相乘

    此功能最重要的應(yīng)用是測量電功率，因為電功率的定義就是電流和電壓的數(shù)學(xué)乘積。為了進(jìn)行功率測量，示波器就要同時采集電壓和電流的波形，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。因為這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)。

2．7積分

    積分可以給出一條曲線下的面積，使我們能夠觀察信號隨著時間積累的總體效果。

2．8微分

微分表示的是信號變化的速率。

十、PC機(jī)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，這兩種情況下都要求示波器具有通訊能力。也就是說，示波器必須裝有通迅硬件及其支持軟件。此通訊軟硬件稱為“接口”。常用的接口有兩種。即RS—232接口和GPIB通用接口總線IEEE488總線。

    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，因為這種通訊方式要求對PC機(jī)的改動最小，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。

    GPIB通用接口總線是一種為在儀器系統(tǒng)中使用而設(shè)計的并行總線。這種總線允許多臺儀器同時連至同一總線。這種總線還允許各臺儀器在測試協(xié)議之下隨時請求控制器給予注意。