数字示波器死区时间和波形捕获率影响测量结果

什么是死区时间

要想了解死区时间的来源，需要先对数字示波器的结构有一个基本的了解。数字示波器的典型组成框图如图1、图2所示。

图1：传统数字示波器组成框图。

图2：R&S公司RTO系列示波器组成框图。

被测信号通过输入通道进入示波器，并通过垂直系统中的衰减器和放大器加以调节。模数转换器(ADC)按照固定的时间间隔对信号进行采样，并将各个信号振幅转换成离散的数字值，称为“样本点”。采集模块随后则执行处理功能，例如样本抽取，默认一般都为采样模式。输出数据作为样本点(samples)存储在采集存储器中。存储的样点数目用户可以通过记录长度进行设置。

根据用户的需求，还可以对这些样本点进一步后处理。后处理任务包括算数功能(例如求平均值)、数学运算(例如FIR滤波)、自动测量(例如上升时间或下降时间)以及分析功能(例如直方图或模板测试)。其他后处理例如还包括协议解码、抖动分析和矢量信号分析等等。

对于数字示波器而言，基本上对波形样本执行的处理步骤没有任何限制。这些后处理功能或者使用软件通过该仪器的主处理程序执行，或者使用专用的ASIC或FPGA硬件执行，具体取决于示波器的结构。最终结果随后通过示波器的显示屏呈现给用户。

从图1和图2中可以看到R&S RTO系列示波器和传统数字示波器的在信号处理过程上的区别，它使用了专门独立开发的ASIC芯片RTC和FPGA来实现波形样本的后处理，如通道校准、样本抽取、数字滤波、math、直方图测量、模板测试以及FFT、自动测量、协议解码等等，大大降低了主处理器的工作负荷，同时在RTO芯片中用数字触发取代了模拟触发电路，消除了模拟触发电路带来的触发抖动，传统的中高端示波器为了减小这部分抖动，需要大量的DSP后处理。硬件结构上的创新，极大的缩短了RTO示波器波形样本后处理所耗费的时间。

示波器从信号采样捕获到波形样本的处理显示这一周期，称为捕获周期，在前一个捕获周期结束后，示波器才能够捕获下一个新波形。所以，数字示波器将捕获周期的大部分时间都用于对波形样本的后处理上，在这一处理过程中，示波器就处于无信号状态，无法继续监测被测信号。从根本上来说，死区时间就是数字示波器对波形样本后处理所需要的时间。