示波器作为电子工程师最常用的仪器,从最开始的模拟示波器,到数字存储示波器和数字荧光示波器,以及越来越偏向专业化的定制类示波器,功能越来越丰富的同时,性能也发生着日新月异的变化,消费者在选择的时候有时候就可能看得眼花缭乱,那么如何选择适合自己的一款示波器呢?我们知道示波器三大核心指标是带宽、采样率、存储深度,然而在选择数字示波器时还有一个很重要的指标往往会被忽略,那就是我们今天要讲的波形刷新率,也称为波形捕获率
 
波形捕获率是相对于数字示波器来说的。数字示波器采样、处理数据到送显屏幕都是需要时间的,处理数据和送显屏幕这段时间称为死区时间。死区时间内示波器不采样,是探测不到信号发生的变化的,所以实际上不是所有波形我们都能在屏幕上看到,我们看到的波形其实是被死区时间分隔成一段一段的,因此就有了波形捕获率一说。采样时间+死区时间=波形捕获周期。而波形捕获率是指一秒内波形捕获的次数,也就是波形捕获周期的倒数,如下图 1 是示波器的一个捕获周期。
 
△ 图 1. 数字示波器的一个捕获周期
 
连续多个捕获周期内,死区时间越长,相对的有效捕获时间就越短,一旦示波器的波形捕获率过低,这样就有可能导致异常信号出现在死区时间内而被漏掉。由此可见示波器的波形捕获率对于能否捕捉低概率的异常信号是很关键的,信号里面随机的异常信号及偶发信号往往是无法被预测的,波形捕获率越高,越有利于捕获低概率的信号!
 
那么,我们如何验证那些示波器厂家所标称的几十万甚至上百万的波形捕获率的真假呢?
 
测量示波器的波形捕获率并不难,大多数示波器都会提供一个触发输出信号,通常用于使其他仪器与示波器的触发同步,我们可以通过频率计以及其他示波器来测量这个触发信号的平均频率,进而测量出待测示波器的波形捕获率。
 
在开始前,我们需要简单准备一下器材,来进行辅助验证:
① 函数信号发生器 SDG2122X,用于输出一个固定频率的信号。
② 示波器 SDS3000,用于测试被测示波器输出的触发信号的频率。
③ BNC 双头线缆若干条。
 
我们测试的是鼎阳科技的 SDS1202X 示波器,操作步骤如下:
① 设置信号源输出一个 10MHZ(频率大小无要求)的正弦波,用 BNC 线缆将该信号输入到示波器 SD1202X 的通道 CH1。如下图 2
 
图 2. 信号源输出 10MHZ 正弦波至示波器 CH1
 
 
② 通过示波器面板的 Utility 按键,选择菜单下输出设置,将示波器的输出设置为触发输出,以保证示波器每捕获一次波形,则对应后面板 pass/fail Trigger out 接口输出一个周期的脉冲信号
③ 通过面板 Acquire 按键,设置显示方式为点显示。
 
通过旋转 Horizontal 旋钮设置示波器时基,在正常模式下不同时基下示波器拥有不同的波形捕获率。
 
如下图 3/4/5/6 测得正常模式下,时基分别为 100ns/div、50ns/div 时,示波器的实际波形捕获率。
 
△ 图 3. 时基为 100ns/div
 
△ 图 4. 测得输出频率为 36.3KHZ
 
△ 图 5. 时基为 50ns/div
 
△ 图 6. 测得输出频率为 70KHZ
 
然而,鼎阳科技的 SDS1202X 示波器,在顺序模式下拥有更高的波形捕获率,需要①设置时基处于 50ns/div②通过 Acquire 按键,选择菜单下分段采集选项,打开分段采集功能,此时示波器进入顺序模式。
 
打开 SDS3000 示波器频率测量功能,测得此时的脉冲信号频率即为 SDS1202X 的波形波形捕获率,如下图 7 实测脉冲频率 500KHZ,测量结果相比 SDS1202X 标称的 40 万帧 /s 的波形捕获率还有余量!
 
△ 图 7. 测得 SDS1202X 输出脉冲信号频率
 
以上示波器波形捕获率的测试方法,有兴趣的朋友如果手上有同系列或者其他可测试的示波器,也可用以上方法测试下,来验证下自己的示波器是否合乎规格!
 
有许多工程师还在继续使用模拟示波器,因为模拟示波器死区时间几乎可以忽略,却也存在其他的不足,比如无法做数据统计分析,无法记录等,这也是模拟示波器用户越来越少的原因,数字示波器虽然可以克服以上缺点,但也有一定的不足,尤其是在异常信号分析时,由于死区时间的存在,很可能导致观察不到完整波形,如果找出调试和偶发问题对各位来说非常重要,那么选择测量所用的示波器时,就需要考虑波形捕获率这个因素,使用拥有超高的波形捕获率的示波器,定会让异常波形无所遁形,从而协助工程师快速确定电路随机故障问题!