示波器測量之波形捕獲率

在說明波形捕獲率之前，首先需弄清楚死區時間的概念。

何謂死區時間？即：兩次采集之間，示波器觸發釋抑、重新準備下一次采集、數據處理時間的總和。死區時間可能比采集時間長，而且長很多。下圖顯示了一個波形捕獲周期的示意圖。波形捕獲率即為捕獲周期時間的倒數。

在上圖中，捕獲的死區時間包括固定死區時間和可變死區時間兩部分。固定死區時間取決于各個儀器的架構本身。可變死區時間則取決于處理所需的時間，它與設定的捕獲樣本數（記錄長度）、水平刻度、采樣率以及所選的后處理功能有關（例如，插值、數學函數、測量與分析等）。

死區時間過長容易導致一些關鍵信號信息丟失。如下圖所示。

根據以下公式，如果波形捕獲時間（即：樣本數*分辨率，或10格*水平刻度）、波形捕獲率和信號事件發生概率均已確定，那么增加測量時間可加大捕獲并顯示信號事件的概率。

其中：

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]

下面舉例說明。

例一：

假定毛刺出現頻率為10次每秒，觀察時間窗口為50ns（10格*5ns/div），觀察時間為5s。

按上述公式進行計算如下：

（1）若波形捕獲率為1000次波形每秒：

死區時間%=（1ms-50ns）/1ms=99.995%

毛刺捕獲概率P=100-100*（1-10*50ns）1000*5s=0.25%

（2）若波形捕獲率為100萬次波形每秒：

死區時間%=（1us-50ns）/1us=95%

毛刺捕獲概率P=100-100*（1-10*50ns）1000000*5s=91.8%

見下圖所示。

例二：

假定某個信號帶有一個每秒重復10次的異常。要使該信號顯示在示波器上，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，需要達到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，結果見下表：

表1 捕獲重復異常信號所需時間

因此，波形捕獲率和水平刻度、記錄長度、采樣率的設置都有關系。在實際測量過程中，需要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。