簡述數字示波器死區時間和波形捕獲率影響測量結果

　　圖3：數字示波器的一個捕獲周期。

　　例如，如果有效捕獲時間是100ns（樣本數為1k，采樣率為10G），而死區時間是10ms，那么整個捕獲周期所用的時間是10.0001ms。由此得到的死區時間比是99.999%，而波形捕獲率是每秒不到100個波形。目前市場上大部分示波器在常規測量模式下面的波形捕獲率都在幾百次的量級，R&S公司最新的RTO系列示波器在同等條件下可以實現最高1，000，000次的波形捕獲率，死區時間比可以降低到90%一下，遠遠要高出其他示波器。有些帶寬≤1G的示波器在其最高采樣率下，可以達到50，000次/秒的波形捕獲率，其死區時間比也高達99.5%以上。

　　死區時間和波形捕獲率對測量結果的影響

　　很多工程師在硬件調試過程中可能遇會到過這樣的情形：在調試的后期階段，電路板主要器件的焊接基本完成，在進行功能驗證過程中，發現系統一運行沒多久就會出故障，但是通過示波器查看關鍵的時鐘和使能信號都“沒有問題”，最終將故障原因定為在軟件原因，然后逐行檢查代碼，進行軟件優化。現在已經對示波器的死區時間已經有了清晰的認識，對于上面的情形還有一種可能就是示波器漏掉了導致系統故障的偶發信號，圖4可以很形象的說明這一問題：

　　圖4：示波器死區時間導致丟失關鍵偶發信號。

　　由于示波器死區時間的存在，導致示波器可能漏掉關鍵的異常信號，而給用戶顯示一個帶有欺騙性的結果，最終誤導用戶的判斷，會大大延長調試時間，降低調試效率。

　　根據公式1，如果波形捕獲時間（即，樣本數×分辨率，或10×水平刻度）、波形捕獲率和信號事件發生速率（例如脈沖干擾的重復速率）均已確定，那么增加測量時間，會加大捕獲并顯示信號事件的概率：

　　公式1：

　　P：捕獲偶發重復信號事件的概率［單位是%］

　　GlitchRate：信號故障頻率（例如，重復脈沖干擾）［單位是1/s］

　　T：有效捕獲時間或波形顯示時間（記錄長度/采樣速率，或記錄長度×分辨率，或10×時間量程/格）［單位是s］

　　AcqRate：波形捕獲率［單位是wfms/s］

　　Tmeasure：測量時間［單位是s］

　　如果知道概率，對公式1進行變換，可以計算捕獲該偶發信號所需時間：

　　公式2：

　　假定某個信號帶一個有每秒重復10次的異常。該信號本身以數據形式顯示在示波器上，所采用的水平刻度為10ns/div。如果所用顯示屏有10個水平格，則可以計算100ns的有效捕獲時間。為了確保捕獲所需信號事件的置信度較高，需要使用99.9%的概率。現在，所需的測試時間取決于示波器的波形捕獲率。下表統計了幾種不同的波形捕獲率所對應的所需測試時間。

　　表1：在概率為99.9%（T=100ns，GlitchRate=10/s）的條件下，捕獲重復異常信號所需時間。

　　雖然R&S的RTO系列示波器在該條件下的死區時間比還有接近90%左右，但是相比于其他死去時間比在99.5%以上的示波器，其發現偶發異常信號能力確是成數量級的上升，可以幫助工程師極大的提高調試效率。試問：有幾位工程師在檢查每一個信號時可以在示波器上看超過7秒鐘時間呢？

　　前面也提到，波形捕獲率和水平刻度、記錄長度、采樣率的設置都有關系，在實際測量中，如何根據實際的被測信號在這些參數設置中找到一個平衡點，以最高的捕獲概率查看波形，提高調試效率，這是工程師在數字示波器使用過程中需要考慮的問題，這一部分會在以后文章中專門討論。