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示波器高刷新率是如何炼成的?

日期:2021-03-01 浏览次数:74
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   什么是波形刷新率

  波形刷新率又叫波形捕获率,指的是每秒钟波形刷新的次数,表示为波形数每秒(wfms/s)。

  事实上,示波器从采集信号到屏幕上显示出信号波形的过程,是由若干个捕获周期组成的。一个捕获周期包括采样时间和死区时间,模拟信号通过ADC采样量化变转为数字信号同时存储,整个采样存储过程的时间称为采样时间。示波器必须对存储的数据进行测量运算显示等处理,才能开始下一次的采样,这段时间称为死区时间。死区时间内,示波器并没有进行波形采集。一个捕获周期完成就会进入下一个捕获周期。

  捕获周期的倒数就是波形刷新率,如图1中所示,波形刷新率=1/(Tacp+Tdeat)。

图1 示波器采样过程示意图

  影响波形刷新率的因素

  采样时间和死区时间

  如图1中所示,波形刷新率为Tacp(采样时间)和Tdeat(死区时间)的倒数,其中采样时间由示波器屏幕的采样窗格决定,用水平时基档位乘以水平方向格数,当水平时基确定后,采样时间就会固定。

  而死区时间是由示波器的处理能力决定的,当示波器对数据处理能力不足时,就会对采集的大数据不能及时进行处理,死区时间就会变长,刷新率就会降低;当示波器对数据的处理能力很强时,死区时间就会变短,相应刷新率就会很高。因此死区时间是影响刷新率的重要因素。

  触发释抑时间

  增大触发释抑时间相当于变相地增加了死区时间,因为在释抑期间,触发电路封闭,触发功能暂停,即使有满足触发条件的信号波形示波器也不会触发,所以也会影响刷新率。但触发释抑时间并非指死区时间。

  当对大周期重复波形进行触发时,由于波形中存在很多满足触发条件的波形点,导致触发波形不稳定,为了得到稳定触发的波形,我们可以设置触发释抑时间,使波形每次都在同一个点触发,稳定显示触发波形。如图2中,可将释抑时间设置为>200 ns 但 < 600 ns 的值。

图2 触发释抑时间

  如何计算死区时间

  对刷新率有重要影响的死区时间是如何计算出来的呢?

  当捕捉一个脉宽在40ns~60ns的异常脉冲时,合适的水平时基档位可设在50ns/格,此时ZDS2022示波器具有33万次帧/秒的波形刷新率,意味着每次触发采样占用的总捕获时间T=1s/330KHz=3.03us,则有效的采样时间为50ns/div X 14 (ZDS2022示波器水平方向有14个格)= 700ns。那么死区时间百分比为(3030-700)/3030=76.89%。

  捕获相同的异常脉冲,在相同时基档位下,若T示波器具有50K帧/秒的刷新率,则就意味着每次触发采样占用的总时间为,T=1S/50KHz=20us,有效的采样时间为50ns/div X 10 (该示波器水平方向有10个格)= 500ns,则死区时间百分比为(20000-500)/20000=97.5%。

  死区时间越长,捕获到偶发信号的概率就会越低,当小概率异常波形出现在死区时间时,示波器就不会捕获到该异常,对信号的调试会产生很大影响。

  ZDS2022示波器如何做到高刷新率

  那么为什么ZDS2022示波器能够做到高达33万次帧/秒的刷新率呢?死区时间低至76.89%,比一般示波器97.5%的死区时间竟然低了21.13%!

图3 波形合成器框图

  ZDS2022示波器采用大规模FPGA进行波形合成,都是全硬件加速处理;

  ZDS2022示波器采用大规模FPGA集成波形显存,总线带宽高,使数据处理时间大大减少,且采用了多线程并行处理的方式;

  ZDS2022示波器的波形合成全都采用优化算法进行处理。

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