工程师你发现了ZDS2022示波器的波形死区吗？

     没有什么是完美的，示波器也不例外。数字示波器一直有个厂家不愿提起的问题，恐怕很多老工程师也没太注意，那就是波形死区。我们通过数字示波器无法观察到波形流中所有波形，观察到的或许还不到1%。

　　图1 死区时间

　　数字示波器在工作时总会先采集数据，然后再对这些数据进行处理和显示，有一点必须了解，那就是示波器数据取样速度远快于数据处理速度，使得它不得不在数据处理期间停止取样，这样必然导致死区t2内的所有波形因没有采集而丢失，示波器的基本原理如图2所示。

　　图2 示波器原理

　　与示波器死区时间对应的参数是示波器的波形刷新率，又叫波形捕获率，示波器在特定时基本下的波形刷新率是可通过Trigger Out接口去测得，示波器的波形刷新率越高越好。

　　波形刷新率F = 1/（t1+t2） （wfms/s）

　　在特定时基档位下，波形时间t1是确定的，那么波形刷新率越高，就意味着波形死区时间越短，漏掉的波形越少。例如对于T公司的MSO4054而言，它在时基为50ns/div时基下，波形刷新率可达到最高50kwfms/s，那么每秒的波形时间等于50*10*50000 = 25ms，死区时间为975ms，故而波形死区高达97.5%，用户观察到的有效波形仅占全部波形的2.5%。

　　图3 50kwfms/s波形刷新率下观察的波形信息

　　ZLG的ZDS2022示波器同样在50ns/div时基下，波形刷新率却能达到330，000wfms/s，使每秒波形时间长达231ms，约T公司MSO4054的9.24倍。用两台示波器观察同一个信号，时基均调到200ns/div时，ZLG的ZDS2022能更短时间内发现信号异常，但是MSO4054却不能。

　　图4 330，000wfms/s波形刷新率下观察的波形信息

　　如今，仍然有许多工程师还继续用模拟示波器，因为模拟示波器不会存在波形死区，却也存在其他的不足，比如无法做数据统计分析，无法记录等，这也是模拟示波器用户越来越少的原因。为了减少波形死区对信号分析的影响，建议在购买示波器时务必选择高波形刷新率的示波器。

　　而很多示波器用户无不关心示波器的刷新率指标，近期我司FAE在与客户交流时，很多客户对ZDS2022示波器具有33万次帧/秒的高刷新率很感兴趣，这样高的刷新率到底是怎样做出来的呢？

　　什么是波形刷新率？

　　波形刷新率又叫波形捕获率，指的是每秒钟波形刷新的次数，表示为波形数每秒（wfms/s）。事实上，示波器从采集信号到屏幕上显示出信号波形的过程，是由若干个捕获周期组成的。一个捕获周期包括采样时间和死区时间，模拟信号通过ADC采样量化变转为数字信号同时存储，整个采样存储过程的时间称为采样时间。示波器必须对存储的数据进行测量运算显示等处理，才能开始下一次的采样，这段时间称为死区时间。死区时间内，示波器并没有进行波形采集。一个捕获周期完成就会进入下一个捕获周期。捕获周期的倒数就是波形刷新率，如图1.1中所示，波形刷新率=1/（Tacq+Tdeat）。

　　图5 示波器采样过程示意图

　　影响波形刷新率的因素有哪些？

　　采样时间和死区时间

　　如图5中所示，波形刷新率为Tacq（采样时间）和Tdeat（死区时间）的倒数，其中采样时间由示波器屏幕的采样窗格决定，用水平时基档位乘以水平方向格数，当水平时基确定后，采样时间就会固定。

　　而死区时间是由示波器的处理能力决定的，当示波器对数据处理能力不足时，就会对采集的大数据不能及时进行处理，死区时间就会变长，刷新率就会降低;当示波器对数据的处理能力很强时，死区时间就会变短，相应刷新率就会很高。因此死区时间是影响刷新率的重要因素。

　　触发释抑时间

　　增大触发释抑时间相当于变相地增加了死区时间，因为在释抑期间，触发电路封闭，触发功能暂停，即使有满足触发条件的信号波形示波器也不会触发，所以也会影响刷新率。但触发释抑时间并非指死区时间。

　　当对大周期重复波形进行触发时，由于波形中存在很多满足触发条件的波形点，导致触发波形不稳定，为了得到稳定触发的波形，我们可以设置触发释抑时间，使波形每次都在同一个点触发，稳定显示触发波形。如图1.2中，可将释抑时间设置为》200ns但《600ns的值。

　　图6  触发释抑时间

　　该如何计算死区时间？

　　对刷新率有重要影响的死区时间是如何计算出来的呢？

　　当捕捉一个脉宽在40ns~60ns的异常脉冲时，合适的水平时基档位可设在50ns/格，此时ZDS2022示波器具有33万次帧/秒的波形刷新率，意味着每次触发采样占用的总捕获时间T=1s/330KHz=3.03us，则有效的采样时间为50ns/divX14（ZDS2022示波器水平方向有14个格）=700ns。那么死区时间百分比为（3030-700）/3030=76.89%。

　　捕获相同的异常脉冲，在相同时基档位下，若T示波器具有50K帧/秒的刷新率，则就意味着每次触发采样占用的总时间为，T=1S/50KHz=20us，有效的采样时间为50ns/divX10（该示波器水平方向有10个格）=500ns，则死区时间百分比为（20000-500）/20000=97.5%。

　　死区时间越长，捕获到偶发信号的概率就会越低，当小概率异常波形出现在死区时间时，示波器就不会捕获到该异常，对信号的调试会产生很大影响。

　　ZDS2022示波器如何能做到高刷新率

　　那么为什么ZDS2022示波器能够做到高达33万次帧/秒的刷新率呢？死区时间低至76.89%，比一般示波器97.5%的死区时间竟然低了21.13%！

　　图7 波形合成器框图

　　ZDS2022示波器采用超大规模FPGA进行波形合成，都是全硬件加速处理;

　　ZDS2022示波器采用超大规模FPGA集成波形显存，总线带宽高，使数据处理时间大大减少，且采用了多线程并行处理的方式;

　　ZDS2022示波器的波形合成全都采用优化算法进行处理。

　　总结

　　示波器的刷新率直接决定了捕获异常毛刺的能力，只有真正掌握了刷新率的本质，才能正确认识示波器的刷新率指标，ZDS2022示波器具有33万次帧/秒的刷新率，能快速捕获波形异常，高效实用！说再多，也不如您亲自测一测！