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示波器的发展简史与种类介绍|上海麦聚瑞电子仪器有限公司

示波器的发展简史与种类介绍


 

1、初期主要为模拟示波器

   二十世纪四十年代是电子示波器兴起的时代,雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具,泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器,这是近代示波器的基础。五十年代半导体和电子计算机的问世,促进电子示波器的带宽达到100MHz。六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献,出现带宽6GHz的取样示波器、带宽4GHz的行波示波管、1GHz的存储示波管;便携式、插件式示波器成为系列产品。七十年代模拟式电子示波器达到高峰,行谱系列非常完整,带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平,为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。模拟示波器从此没有更大的进展,开始让位于数字示波器,英国和法国甚至退出示波器市场,技术以美国**,中低档产品由日本生产。
   
模拟示波器要提高带宽,需要示波管、垂直放大和水平扫描**推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能,对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理,以及多种触发和预前触发能力。二十世纪八十年代数字示波器异军突起,大有**取代模拟示波器之势,模拟示波器逐渐从前台退到后台。

2、中期数字示波器独领风骚

  八十年代的数字示波器处在转型阶段,还有不少地方要改进,美国的TEK公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。它们后来停产模拟示波器,并且只生产性能好的数字示波器。进入九十年代,数字示波器除了提高带宽到1GHz以上,更重要的是它的**性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象,换句话说,尽量吸收模拟示波器的优点,使数字示波器更好用。
  数字示波器首先在取样率上提高,从*初取样率等于两倍带宽,提高至五倍甚至十倍,相应对正弦波取样引入的失真也从100%降低至3%甚至1%。带宽1GHz的取样率就是5GHz/s,甚至10GHz/s
  其次,提高数字示波器的更新率,达到模拟示波器相同水平,*高可达每秒40万个波形,使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。
  再次,采用多处理器加快信号处理能力,从多重菜单的烦琐测量参数调节,改进为简单的旋钮调节,甚至完全自动测量,使用上与模拟示波器同样方便。
  *后,数字示波器与模拟示波器一样具有屏幕的余辉方式显示,赋于波形的三维状态,即显示出信号的幅值、时间以及幅值在时间上的分布。具有这种功能的数字示波器称为数字荧光示波器或数字余辉示波器即数模兼合。

3、数字示波器要有模拟功能

  模拟示波器用阴极射线管显示波形,示波管的带宽与模拟示波器的相同,亦即示波管内电子运动速度与信号频率成正比,信号频率越高电子速度越快,示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比,低频波形的亮度高,高频波形的亮度低。利用荧光屏幕的亮度或灰度容易获得信号的第三维信息,如用屏幕垂直轴表示幅度,水平轴表示时间,则屏幕亮度可表示信号幅度随时间分布的变化。这种与时间有关的荧光余辉(灰度定标)效应对观察混合波形和偶发波形十分有效,模拟存储示波器就是这种专用示波器的代表产品,*高的性能达到800MHz带宽,可记录到1ns左右的快速瞬变偶发事件.
  数字示波器缺少余辉显示功能,因为它是数字处理,只有两个状态,非高即低,原则上波形也是两个显示。为达到模拟示波器那样的多层次亮度变化,必须采用专用图象处理芯片,例如TEK公司采用DPX型处理器芯片,具有数据采集、图象处理和存储等多项功能,DPX芯片由130万个晶体管组成,采用0.65μmCMOS工艺,并行流水结构,取样率高。它既是数据采集芯片,同时也是光栅扫描器,模拟示波管屏幕荧光体的发光特性,用16级亮度分级,将波形存储在500×200像素的LCD单色或彩色显示屏上,每1/30秒更新一次。由于模拟存储示波器只能依靠照相底片记录波形,对数据保存并不方便,而数字荧光示波器是数字处理的显示,数据记录、处理、保存都十分方便。例如用红色表示出现几率*高的波形,兰色表示出现几率*低的波形,达到一目了然。由于数字示波器已经达到4GHz以上带宽的水平,配合荧光显示特性,总的性能优于模拟存储示波器。

4、数字荧光示波器

  数字荧光示波器(DPO)为示波器系列增加了一种新的类型,能实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息:幅度、时间和整个时间的幅度分布。
DSO
采用串行处理的体系结构捕获、显示和分析信号;相对而言,DPO为完成这些功能采用的是并行体系结构。并行结构和基于ASIC硬件的处理技术,使数字荧光示波器能够捕捉到当今复杂的动态信号中的全部细节和异常情况,并以人类的眼睛的接受速度显示出来。
  普通数字示波器要观察偶发事件需要使用长时间记录,然后作信号处理,这种办**漏掉非周期性出现的信号和不能显示出信号的动态特性。数字荧光示波器能够显示复杂波形中的微细差别,以及出现的频繁程度。例如观察电视信号,既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号,还要记录电视信号中的异常现象,对于专业人员和维修人员都是同样重要的。

5、手持示波表

由于其便携性,重量轻可由电池供电,特别适于现场使用

6、基于PC机的虚拟示波器

    独立的传统仪器,性能强大,但是价格昂贵,且被厂家限定了功能,只能完成一件或几件具体的工作,因此,用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其功能。仪器的旋钮和开关、内置电路及用户所能使用的功能对这台仪器来说都是固定的。另外,开发这些仪器还必须要用专门的技术和高成本的元部件,从而使它们身价颇高且很不容易更新。基于PC机的虚拟示波器诞生以来就充分利用了现成即用的PC机所带来的*新科技这些科技和性能上的优势迅速缩短了独立的传统仪器和PC机之间的距离,包括功能强大的处理器(如Pentium4)、操作系统及微软WindowsXPNET技术和AppleMac OSx。除了融合诸多功能强大的特性,这些平台还为用户提供了简单的联网工具。此外,传统仪器往往不便随身携带,而虚拟仪器可以在笔记本电脑上运行,充分体现了其便携特性。需要经常变换应用项目和系统要求的工程师和科学家们需要有非常灵活的开发平台以便创建适合自己的解决方案。可以使用虚拟仪器以满足特定的需要,因为有安装在PC机上的应用软件和一系列可选的插入式硬件,无需更换整套设备,即能完成新系统的开发。

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