示波器是我們的眼睛 ---電子工程師
本文以泰克tds2000系列示波器為例
# 1 數字儲存示波器(digital storage oscilloscope)
## 名詞解釋
1. 數字是相對於模擬而言，將連續的模擬訊號轉換為離散的數碼訊號
2. 儲存是表徵ad採集後的資料可以進行儲存(有儲存深度一說)
3. 示波器的根本目的是展示(顯示)波形
# 2 基本原理
波形首先要通過探頭，經由前端的放大器進行放大，之後由模數轉換單元進行轉換，進而儲存到採集記憶體中，然後顯示到顯示器上。
下文中的引數設定 也就是在設定各個環節中需要調整的引數，以達到正確匹配所測波形的目的。
**其中取樣轉化的速度，採集資料的高速儲存處理是示波器的核心技術。**
# 3 基本使用
使用示波器的目的是為了觀測波形，在使用之前需要了解示波器的效能引數，以及在觀測波形的過程中需要設定示波器的引數。那麼如何設定引數呢？示波器有哪些效能引數？
## 示波器的效能引數
以下引數關乎示波器的效能，引數越高，效能越好，當然**也就越貴。
**1. 頻寬**
頻寬是指訊號幅值降低為原來的0.707倍(功率跌落一半)時的截止頻率。也就是增益降低-3db。
計算：-3db = 10 * log(1/2)。
**頻寬越大，能夠測量的訊號的頻率就越高，否則高頻訊號就被濾掉了。
2. 取樣率**
取樣率是指ad在1秒鐘的時間內取樣的次數。根據取樣定理，只要取樣率高於訊號頻率的2倍，即可還原被取樣訊號。當然，為了更加準確，一般取樣率 = （5~10）* 訊號頻率。
**3. 儲存深度**
記錄長度也叫儲存深度，所有的數字示波器在經過ad採集後，被觸發的訊號都會存在乙個儲存空間裡，這個儲存空間的大小就是儲存深度，並且，**儲存深度 = 當前時基 * 10格 * 取樣率**。
**4. 通道數**
也就是同時可測量的訊號路數，不同通道之間可以對比分析。
**tds2000的引數：**
*頻寬 200mhz
取樣率 2gs/s
儲存深度 2.4k
通道數 2*
## 抓取串列埠波形
*以抓取串列埠波形為例，簡述需要設定的引數*
1. 串列埠引數
波特率115200，8位資料位，1位停止位
2. 通道1
使用示波器的通道1探頭+ 連線串列埠的tx，探頭- 連線gnd
3. 時基選擇
時基選擇約10倍波形的週期，便於觀察波形。115200的波特率，週期約為17.36us。這裡選擇250us的時基檔位。
4. 通道引數
通道引數中的輸入耦合方式需要注意，分為**ac/dc/gnd耦合**
直流模式標註是dc，訊號直流部分會經過處理並顯示，對應的顯示波形是訊號全狀態；
交流模式標註是ac，訊號直流部分不會顯示，對應的顯示波形是交流部分；
接地標註是gnd，實際是斷開輸入並把輸入接地，目的是消除干擾，方便找零點。
5. 觸發引數
觸發引數的選取比較關鍵：
觸發源：選擇通道1 ，ch1
觸發方式：有上公升沿/下降沿，這裡選擇空閒狀態下輸出高電平，所以選擇下降沿觸發
**觸發模式：有auto/normal/single，也即是自動，正常，單序列**
由於我們需要抓取單次的波形，進行分析，所以模式可以選擇single，也可以選擇normal,區別在於single一次觸發後，需要手動再設定下，才能進入下一次觸發。這裡選擇single模式。
6. 串列埠傳送資料
串列埠發出資料，可以看到示波器上完美抓取到tx波形：
將時基調整為10us，同時調整position水平旋鈕。
**可以測量波形的週期為17.39us，與理論值17.36us幾乎一致。**
# 4 問題與展望
1. 為什麼時基較大時，取樣的波形要失真？
根據 儲存深度 = 當前時基 * 10格 * 取樣率，帶入引數計算：
時基選擇100ms:
2.4k = 10 * 100ms * 取樣率。可得取樣率為：2.4ks/s
時基選擇100us:
2.4k = 10 * 100us * 取樣率。可得取樣率為：2.4ms/s
顯然，根據取樣定理，對於串列埠115200bps的67.5k頻率的訊號，2.4ks/s的取樣率是無法還原波形的，進而出現波形失真。
2. adc的取樣速度高達2gs/s(高階示波器可達100gs/s)，資料如何高速取樣，儲存和處理？
這算是高階示波器的核心技術了，首先是高速adc晶元的製作，再是高速資料的儲存處理(序列還是並行？序列如何提高速度？並行如何校準/對齊資料？)，這部分國內還是沒法突破的地方，高階adc晶元禁運，高精尖儀器的生產受阻，自主研發之路任重而道遠！
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