数字示波器原理和应用(数字示波器得力助手，90%的人竟然不知道？)

Posted 2023-05-27

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数字示波器原理和应用(数字示波器得力助手，90%的人竟然不知道？)

相对于模拟示波器来说，数字示波器有非常丰富的触发功能，数字示波器正是凭借其得力助手——触发功能，成为电路调试的有力工具。

触发对于示波器的意义：

捕获感兴趣的信号；
确定波形的时间零点。

示波器触发原理

如图1所示信号经过探头进入示波器后经衰减器放大器后会分成两路，一路会经过ADC进行模数转换，另一路会经过触发时基。触发时基模块的作用是监控输入的信号并判断是否满足触发条件。触发时基模块可以控制示波器采集的开始、停止等关键动作。

图1 示波器的触发

触发对于波形的稳定显示非常重要，如果示波器没有触发，示波器可能采集到波形的任何一段时间位置，而下一个波形可能又采集到另一段位置，这样在屏幕上看到的波形就是不稳定的。图2是触发条件不满足时示波器捕捉的一个连续的正弦波中的几段波形，由于每段波形采集的起始点是随机的，因此在示波器上看到的波形是不稳定的。

图2 不稳定触发

图3 不稳定触发动态图

图4是有稳定触发时在示波器上看到的波形。此时由于每次触发点都发生在信号经过触发电平的位置，触发电平大多数情况下是用一根直流电平作为基准，当信号的电压超过该直流电平的时刻作为采样波形的起始点。所以在屏幕上捕获到的多个波形有相同的时间基准点，波形看起来就是稳定的。

图4 稳定触发

图5 稳定触发动态图

之前若是使用过模拟示波器的工程师知道，它的触发机制是在触发后进行的信号扫描、显示，所以在屏幕上看观察到的波形都是触发点以后的。然而数字示波器的触发机制是，若触发条件不满足，示波器并不会等待采集，它实际内部在全速向缓存中不断的采集数据。如图6所示，又因为示波器存储深度有限，所以缓存很快会填满并循环用新的数据覆盖旧的数据。以此来持续到触发事件的发生。所以在示波器的内部存储中分为两部分数据，一部分是触发点前的数据（Pre-Trigger），另一部分是触发点后的数据（Post-Trigger）。

图6 触发前后的数据

图7 触发前后的波形

所以现在我们使用的数字示波器观察到的波形是既可以看到触发点前的数据，也可以看到触发点后的数据，并可以设置触发点来调整触发前后波形的比例，这是数字示波器优点之一，如图7所示，这是数字示波器采样边沿触发采集的一段波形。触发点的时刻就是示波器上采集的这段波形的零点时间，触发点之前的是负时刻时间点，触发点之后的是正时刻时间点。

示波器触发类型

根据不同的应用场合，会使用不同的触发条件设置期望捕获的信号特征，因此ZDS5000/4000示波器中标配有非常丰富的触发条件设置见图8左，可以适应不同的应用需求。不仅包含13种基础触发（持边沿、脉宽、斜率、视频、欠幅、超幅、码型、第 N 边沿、延迟、超时、建立保持、A->Bn、交替触发），还免费支持30余种协议触发。

图8 触发类型

模板触发功能菜单

不仅如此针对那些出现频率低，无法观察其特征，难以通过标准触发将信号触发出来的信号，ZDS系列示波器标配了目标触发功能（见图8右）。开启模板触碰功能后，示波器只捕获穿越白色矩形框（模板区域）的信号，其它信号均被过滤，对特殊信号的触发提供了便利。

总结

数字示波器存在比较大的死区时间，但是ZDS系列示波器标配40余种触发条件，只要使用者能大概估计出可能要捕获的信号特征，就可以根据信号特征设置相应的触发条件进行捕获，可大大提高工作效率。

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