Oscilloscope–长记忆体对信号撷取的影响.PDFVIP

Oscilloscope – 長記憶體對信號擷取的影響 在之前的文章【示波器種類介紹】中有提到不同示波器的資料處理方式，其中有提到，ARO 不需經過數位 A/D 的處理，就直接將信號輸出到螢幕上，具備所見即所得的特性 ；而DSO 則需要CPU 的運算處理時間才能將信號 輸出到螢幕上 。這篇文章主要讓使用者了解，記憶體大小對於數位示波器(DSO)進行信號擷取時的影響。 想像一下，如果有類似下面的一串波形資料傳送到示波器中 ，而其中的某個波型是失真的情況，ARO 與DSO 的 呈現有可能會怎樣的結果呢？ 以ARO 來說，信號不需要經過處理就送到螢幕上，五個擷取到的信號都能馬上被擷取到並顯示到螢幕上。 但DSO 呢？由於信號進到示波器時，需要經過CPU 運算後才會將訊號顯示到螢幕上，如果今天CPU 的速度不夠 快，就會有可能出現下面這種情況，某些波形可能就Miss 掉了。如果今天所要擷取的波形是常態週期函數，或 許還沒關係，但如果今天所要擷取的波形如下方圖示，是一個偶發失真的波形，那經過分析後的波形可能就不 是我們所想要的結果。 通常，會出現上圖這樣的情況，有幾個可能，或許是取樣率不夠快，又或許是在機器內部運算時的記憶體不夠 長都有可能，那如果是提升CPU 的運算能力呢？主要也就是提升波形取樣的速度(Sampling Rate)的話，或許就有 可能就能剛好把波型給全部擷取進來，如下圖： 但如果正好擷取的波形正好不在這個範圍，那波形就有可能會在CPU 運算時Miss 掉，如下圖這樣的結果。 那如果換個方向，在不增加取樣速度的情況下，增加記憶體空間，但記憶體的大小有所差異的情況下，信號會 變成甚麼樣子？ 短記憶體：雖然信號能夠擷取的資料提升了，但也有可能正好Miss 掉某些信號，那情況有可能就會變成： 長記憶體：如果記憶體的長度足夠擷取到整個信號的大小，那這樣的信號在擷取後就不容易產生 Miss 從上面可以了解，記憶體對於數位示波器在擷取時是否能重建整個波形有很大的影響力，但多大的記憶體才足 夠，我們不妨可透過以下關係式來看： Memory Sampling Rate Sampling Period SR （points/s ）= M （points ）÷ SP （s ） 如果今天有個信號分別進入記憶體大小25kB 以及2.5kB 的示波器，當記憶體太小就會發生取樣率下降的情況， 由此可知記憶體的長短對於示波器在擷取信號時有一定的影響。 Time/DIV 125k 2.5k 250ns/DIV 1GSa/s 1GSa/s 500ns/DIV 1GSa/s 500MSa/s 1us/DIV 1GSa/s 250MSa/s 2.5us/DIV 500MSa/s 100MSa/s 通常在示波器的設計中，由於記憶體成本的關係，在取樣率搭配記憶體的關係上都會有兩種方式，即時取樣+ 短記憶體，以及等效取樣+長記憶體這兩種組合，大部分的常態信號使用即時取樣+短記憶體的模式就能取得， 但如果今天的波形是個瞬間或者是較複雜的波形，即時取樣+短記憶體的模式無法呈現，這時就必須倚賴等效取 樣+長記憶體的方式來將波形完整呈現出來。我們可以從下面的例子來看到： 本次使用的例子是在方波訊號 Rise Edge 前加上一個60ns 的高速脈波信號；相同都是短記憶體的情況下，輸入 的長週期且內含高速高速訊號的波形至CH1 或CH2 輸入端 ，先使用按下Autoset 後，競爭對手與GW 抓到的波 形如下： 從上圖可以發現在信號沒展開的情況下，兩者呈現的信號趨於相同，但如果今天將長記憶體模式開啟並且將方 波給展開，這時就能清楚看到，長記憶體的 GW 機種能夠很清楚的將信號前緣的脈波變化給