數字存儲示波器

一、什麼叫數字存儲

所謂數字存儲就是在示波器中以數字編碼的形式來儲存信號。它有以下特點：

· 可以顯示大量的預觸發信息

· 可以通過使用光標和不使用光標的方法進行全自動測量。

· 可以長期存儲波形

· 可以將波形傳送到計算機進行儲存或供進一步的分析之用。

· 可以在打印機或繪圖儀上製作硬考貝以供編製文件之用。

· 可以把新采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進行比較。

· 可以按通過/不通過的原則進行判斷。

· 波形信息可以用數學方法進行處理。

二、數字存儲示波器的原理

    數字存儲示波器是用數字電路來完成存儲功能的，因此稱“Digital storage oscilloscope”簡稱DSO。在DSO中在輸入信號接頭和示波器CRT之間的電路不隻是僅有模擬電路。輸入信號的波形在CRT上獲得之前先要存儲到存儲器中去。它用A/D變換器將模擬波形轉換成數字信號，然後存儲在存儲器RAM中，需要時再將RAM中存儲的內容調出，通過相應的D/A變換器，再將數字信號恢複為模擬量，顯示在示波管的屏幕上。在數字存儲示波器中，信號處理功能和信號顯示功能是分開的，其性能指標完全取決於進行信號處理的A/D、D/A變換器RAM。我們在示波器的屏幕上看到的波形總是有所采集到的數據重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的立即的、連續的波形顯示。

三、采樣和數字化

    實現數字存儲先要獲取輸入電壓的采樣值。這是通過采樣及保持電路來完成的。采樣值送往模/數變換器（ADC）， ADC測量此采樣電壓值，並用數字的“字”的形式表示出來。這個過程稱為數字化。

    模/數變換器（ADC）圍繞一組比較器而構成，每個比較器都檢查輸入采樣電壓是高於或低於其參考電壓。如果高於參考電壓，則該比較器輸出為有效，反之為無效。各比較器的參考電壓彼此略有不同。這些參考電壓都是用一個電阻鏈從一個基準源而得來的。對於某一個采樣電壓值來說，若乾個比較器輸出為有效，其餘的比較器輸出為無效。接著ADC中的編碼變換器就把該采樣電壓值變為一個“數字”，並將其送往數字存儲器。這種類形的ADC稱為閃速式(flash) 模/數變換器,因為它能在“一閃”間把一個模擬輸入電壓變換為一個“數字”。除此之外還可以使用其它的模/數變換器，其模/數變換器是有幾部動作來完成的。但是其缺點是完成一個采樣的變換所需時間較長。

1、模/數變換器垂直分辨率

    ADC通過把采樣電壓和許多參考電壓進行比較來確定采樣電壓的幅度。構成ADC所用的比較器越多，其電阻鏈越長，ADC可以識彆的電壓層次也越多。這個特性稱為垂直分辯率。垂直分辯率越高，則示波器上的波形中可以看到的信號細節越小。垂直分辯率用比特來表示。垂直分辯率就是構成輸出的字的總比特數（即數字輸出字的長度大小）。這樣ADC可以識彆並進行編碼的電壓層次數可以用下式來計算：層次數=2比特數。多數示波器使用8比特的模/數變換器。所以能夠按28=256個不同的電壓層次來表示信號電平。這樣就能夠提供足夠的細節以便嚴究信號和進行測量。在這種垂直分辯率下，可以顯示的小信號步進值大約和CRT屏幕上的光點的直徑大小相同。代表采樣電壓值的一個ADC輸出字包含8個比特，並稱為一個字節。

    在現實當中，增加垂直分辯率的限製因素之一是成本問題。在製造ADC時，輸出字每多增加一個比特，就需要將所用的比較器數增加一倍並使用更大的編碼變換器。這樣一來就使得ADC電路在電路板上占據大一倍的芯片空間，並消耗多一倍的功率，這又將進一步影響周圍電路。結果增加垂直分辯率又帶來了價格的提升。

2、時基和水平的分辨率

    在數字存儲示波器中，水平係統作用是確保對輸入信號采集足夠數量的采樣值，並且每個采樣值取自正確的時刻。和模擬示波器一樣，水平偏轉的速度取決於時基的設置。

    構成一個波形的一組全部的采樣叫做一個記錄。用一個記錄可以重建一個或多個屏幕的波形。一個示波器可以儲存的采樣點數稱為記錄長度或采集長度。記錄長度用字節或千字節來表示。1千字節（1KB）等於1024個采樣點。通常示波器沿著水平軸顯示512采樣點。為了便於使用，這些采樣點以每格50個采樣點的水平分辨率來進行顯示。這就是說水平軸的長為512/50=10。24格。據此，兩個采樣之間的時間間隔可按下式計算：

采樣間隔=時基設置（S/格）/采樣點數

    通常示波器可以顯示的采樣點數是固定的。時基設置的改變是通過改變采樣速率來實現的。因此一台特定的示波器所給出的采樣速率隻有在某一特定的時基設置之下才是有效的。了解時基設置值非常重要，因為這個值是示波器采集非重複性信號時的快的時基設置值。使用這個時基設置時示波器能給出其可能的好的時間分辨率。此時，時基設置值稱為“大單次時基設置值”，在這個設置值之下示波器使用“大實時采樣速率”進行工作。這個采樣速率也就是在示波器技術指標中所給出的采樣速率。在較低的時基設置之下，示波器使用的采樣速率也比較低。

3、實用上升時間

    在很多示波器應用場合，都要進行信號開關特性的測量，即測量上升時間和下降時間。示波器的上升時間決定了該示波器能夠精密進行測量的快瞬變特性。對於模擬示波器來說上升時間特性完全取決於示波器的模擬電路。如果使用DSO，則示波器可以采集到的快的瞬變特性不僅取決於模擬電路，也取決於其時間分辨率。為了正確的進行上升時間的測量，必須在我們關心的信號邊緣上采集到足夠的細節信息。這就是說在該瞬變期間必須采集很多采樣點。這個上升時間稱為DSO的有用上升時間。並且其時間值是時基設置製的函數。

4、香農(shannon)采樣定律

    當人們初探索將信號進行數字化的時候，為了很好的恢複原來的信號，在進行信號數字化的時候就要求采樣時鐘的頻率至少應為信號本身所包含的高頻率的兩倍。這就是香農(shannon)采樣定律。然而香農(shannon)采樣定律研究時是針對通信應用領域而並非針對示波器來進行的。當使用兩倍於信號頻率的采樣時鐘時，信號頻率確實可以恢複。使用恰當的波形重建裝置，我們就可以得到和原始波形十分相像的波形。但問題不是這樣簡單，如果在進行波形數字化時仍然使用相同的采樣時鐘，但是將采樣點選在和原來略為不同的時刻，不一定在信號的峰值點。這樣一來，信號的幅度就會嚴重失誤，甚至可能完全丟失。事實上，如果采樣點準確地取在信號的過零點，那麼由於所有的采樣取到的值均為零，我們將完全觀測不到信號。示波器是用來研究信號的，為了很好的研究信號不僅要求正確的表示信號的頻率，還要求準確的表示信號的幅度。如果每個周期用三個采樣點對信號進行采樣，則再現的波形也會發生很大的失真。

    根據經驗，通常認為每周期小要取十個采樣點才能給出足夠的信號細節。在有些情況下，對信號的細節要求低些，這時每周期取五個采樣點可能就足以給出有關信號的特性。這樣對於一個大采樣速率為200MS/S的示波器來說，能夠準確采集的大信號頻率即為20-40MHZ。在這種情況下，還可以使用特殊的顯示係統來提高顯示波形的保真度。其方法是通過各個采樣點畫出佳擬合的正弦曲線。這種方法稱為正弦內插。

5、假象(aliasing)現象

    為了重建一個波形，至少需要一定數量的采樣點。而且在任何情況下采樣時鐘的頻率都必須比信號頻率高5—10倍。如果采樣時鐘的頻率比信號頻率低，那我們將會得到不可預料的結果。從信號波形的不同周期連續獲取采樣點時，假如每一新的采樣點的采集都發生在相對於信號過零點的時間間隔略為長一點的時刻，如果我們用這些采樣點來重建信號波形，則顯示出來的仍然是一個正弦波。但是這個正弦波的頻率和原來的輸入信號的頻率會完全不同。這種現象稱為假象信號或者不正確頻率的幻影信號。它有可能表示出正確的波形形狀，而且往往還具有正確的波形幅度。

    現在一般數字示波器都有自動設置功能，一旦輸入形號連好以後，示波器就能自動的選擇適當的偏轉係數和時基設置值。這種自動設置功能能幫助避免假象現象。

    在有些情況下，信號的頻率變化的非常快，以致於在某一時刻選定的時基設置是正確的，而在另一時刻（或者對於信號的另一部分而言）示波器又顯示出假象信號。這時可以用峰值檢測功能來發現任何時刻信號的真正幅值。為了獲得這種複雜信號的真實波形，建議使用組合示波器的模擬方式來觀察信號，模擬方式是不可能發生假象的。

6、實時采樣和等效時間采樣

    實時采樣時所有的采樣點都是按照一個固定的次序來采集的。這個波形采樣的次序和采樣點在示波器屏幕上出現的次序是相同的。隻要一個觸發事件就可以啟動全部的采集動作。在很多應用場合，實時采樣方式所提供的時間分辨率仍然不能滿足工作的要求。在這些應用場合中，要觀察的信號往往是重複性的，即相同的信號圖形按有規則的時間間隔重複的出現。對於這些信號來說，示波器可以從若乾連續的信號周期中采集到的多組采樣點來構成波形。每一組新的采樣點都是由一個新的觸發事件來起動采集的。這稱為等效時間采樣。在這種模式下，一個觸發事件到來以後，示波器就采集信號波形的一部分，例如采集五個采樣點並將它們存入存儲器。另一個觸發事件則用來采集另外五個采樣點，並將其存儲在同一存儲器的不同位置，如此進行下去。經過若乾次觸發事件後，存儲器內存儲了足夠的采樣點，就可以在屏幕上重建一個完整的波形。等效時間采樣使得示波器在高時基設置值之下給出很高的時間分辨率。這樣一來，就好象示波器具有了比其實際采樣速率要高得多的一個虛擬采樣速率或稱等效時間采樣速率。

   等效時間采樣的方法采用從重複性信號的不同的周期取得采樣點來重建這個重複性信號的波形，這就提高了示波器的時間分辨率。等效時間采樣速率是在高時基設置值之下表示示波器水平分辨率的一種間接方法。它也表明假如使用實時采樣的方法要獲得相同的時間分辨率所需要的采樣速率。等效時間采樣速率比現今能夠達到的實時采樣速率要高的多。

    可以采用兩種不同的技術來實現等效時間采樣，即順序采樣和隨機采樣。

6．1順序采樣

    采用順序采樣時，采樣點的采集是按一個固定次序進行的，即在屏幕以上從左向右采集。每到來一個新的觸發事件就采集一個采樣點。為了填滿一個完整的波形記錄，記錄中有多少個存儲位置就需要有多少個觸發事件。

    當個觸發事件到來以後就立即采集個采樣點，並將其存入存儲器。**個觸發事件則用來起動一個定時係統。此定時係統將產生一個很小的時間延遲，經過這個延遲時間以後，在采集**個采樣點。在掃跡存儲器中的時間分辨率就等於這個小的延遲時間△T。第三個觸發事件到來後該定時係統產生2△T的延遲時間，此延遲時間過後再采集第三個采樣，並這樣進行下去。這就是說第n個新的采樣點的采集是在相對於類似的觸發事件延遲了（n-1）△T的時間以後進行的。其結果是示波器上顯示的波形是由按固定次敘出現的采樣點構成的。即個采樣點在屏幕的左邊，按著各采樣點依次向右構成顯示波形。

    在順序采樣模式下，采集波形的周期數，即觸發事件數等於存儲器的記錄長度。順序采樣可以實現後觸發延遲功能，但是不能提供預觸發信息。在快速時基設置之下，填滿一個存儲器記錄所需時間是很有限的。其速度要比隨機采樣要快得多。

6、2隨機采樣

    在使用隨機采樣的示波器中，每一組采樣點是在隨機的時刻采集的，而與觸發事件無關。這些采樣點之間的時間間隔為一已知時間，由采樣時鐘來確定。當示波器在等待觸發事件到來時，其內部就在連續的進行采樣並將結果儲存起來。當一個觸發事件到來時，示波器內的一個定時係統就從這一刻開始直到下一個采樣點時刻進行測量。由於采樣間隔是固定的，因此示波器就能夠從此測量的時間計算出所有采集的采樣點在存儲器中的位置。

    當次采集的所有采樣點存儲完畢以後，就開始采集一組新的采樣點並等待新的觸發事件。新觸發事件到來以後，計時係統又進行新的時間測量並計算出這些新的采樣點的位置。這些新的采樣點落在上一次采集的采樣點填充位置之間的未填充位置。用這種方法，波形掃跡就由在X軸上的隨機位置上出現的一組組的采樣點構成。在快的時基設置之下，使用隨機采樣的方法填滿一個完整的波形記錄所花的時間要比順序采樣的方法多很多，因為這時是用統計的方法來填充所有的存儲器位置。隨機采樣技術的優點在於可以提供預觸發信息以及觸發後信息。

7、電荷耦合器件

    有些示波器采用電荷耦合器件，CCD即一種模擬移位寄存器，來作模擬存儲介質。電荷耦合器件可以看成是一個由很多小單元組成的陣列，每個單元都可以儲存一定量的電荷。此電荷就代表了信號的采樣值。在時鐘信號的命令控製下，這些單元可以按一個固定的方向一個接一個的傳遞電荷。

    在高速時鐘控製下，CCD可以用來移位存入模擬信息。當所有的單元都填滿時，快速時鐘停止。然後用一個較慢的時鐘將CCD中的電荷信息移位取出送入一個標準的模/數轉換器。這樣，模/數轉換器就可以以低得多的速度工作。而波形采集的速度僅僅取決於CCD輸入時鐘的速度。

    如果讓采樣時鐘連續運行，而當觸發事件到來時讓時鐘停止，那麼所有CCD的單元中寸儲的都是觸發時刻之前采集的信息。即整個CCD中填充的都是預觸發信息。這對於研究係統過程的起因是非常寶貴的。

四、顯示類型、光柵掃描與相量掃描

    CRT是示波器的心臟，在CRT中電子束的偏轉是通過兩個偏轉板之間施加電壓來實現的。這種方法稱為靜電偏轉。這種偏轉係統可以從DC開始直到很寬的頻率範圍內使用。在模擬示波器中采用了這種方法。在模擬示波器中輸入信號經過衰減或放大以後，連續的直接的加到偏轉係統。因此模擬示波器常常被認為是可信賴的信號儀器。我們在CRT頻幕上所看到的波形就是被測係統中實際發生的情況。這時電子束的偏轉是由輸入信號和時基來決定的。這兩者一起把電子束偏轉到屏幕上需要加亮的位置。這種類型的顯示稱為相量掃描顯示。

    在DSO中，在顯示信號波形之前先要采集波形並存入存儲器。在某些DSO中使用了另一種類型的CRT即和PC監視器和電視機所使用的相類似的CRT。在這些CRT中電子束是由安裝在CRT外麵的線圈產生的磁場來偏轉的，這種方法稱為磁偏轉，它隻能在一個有限的偏轉頻率範圍內使用。所以這種顯示管采用和TV屏幕完全相同的方法來驅動：即在屏幕上以固定的頻率從左到右一行挨一行的畫出掃描線。掃完完整的一屏（一個全場）可能需要500行或更多的行。DSO計算出屏幕上的哪些點需要加亮，當掃描係統掃到屏幕上的這種點時，就使電子束加亮。這種類型的顯示稱為光柵掃描顯示，它隻能用於DSO，而不能用在模擬示波器中。這時我們在屏幕上看到並不是輸入信號本身的波形，而是使用早些時刻采集的表示輸入信號的數據在屏幕上重建的波形。

    近年來使用液晶顯示器（LCD）的DSO已經問世。這種顯示器需要的功率要比CRT小，功耗很低，一組小型的電池就可以供儀器工作幾個小時。因此在便攜式示波器上極為理想。

五、DSO的控製機構

   DSO有許多新的特性，這就使得DSO有許多模擬示波器冇有的控製機構。

1、預觸發和後觸發

    每一次時基掃描都是由一個觸發事件啟動的。這樣一來我們就隻能研究觀察觸發時刻以後的信號變化情況。在很多應用場合，我們感興趣的波形部分並不緊跟在引起穩定觸發的信號部位後麵，而是在觸發以後一段時間，或者甚至可能在觸發之前。

    例如當一個半導體器件被打開時，其輸出信號的幅度可能很大，我們可以用它來觸發示波器。但是如果我們要研究該半導體器件開始導通的很小的輸入信號時，我們就會發現，這個信號太小因而不能準確的觸發示波器。這就要求示波器具有所謂的預觸發觀察能力：即有一個信號（這裡指那個大的輸出信號）來觸發示波器，而示波器顯示觸發時刻之前的信號的能力。這就使得示波器能用多通道的波形詳細的顯示出一個係統的輸入和輸出信號，年個而看出係統響應的因果關係。

    在另一些情況下，你可能想要詳細的研究觸發事件以後一段時間發生的信號有關部分。例如要研究一個方波的抖動的大小，就可以使用一台具有後觸發延遲或後觸發觀察能力的示波器。這時可以用方波的一個沿來觸發示波器，而把時基設置成很高的速度以顯示抖動。其作法是：在示波器探測到觸發事件時，啟動一個後觸發延遲計數器。將此計數器的計數時間設置成大約等於一個信號周期的時間。當此預先設計的定時時間結束以後，示波器就開始從方波的下一個上升沿即將開始的時刻采集。

    由於延遲計數器是一個非常穩定的石英晶體控製的數字時鐘，它與被測信號無關，獨立工作，所以被測方波信號的抖動就會表現為示波器上采集到的上升沿位置的不穩定性。也就是說在各次采集過程中，方波的上升沿將會在相對於觸發事件的不同時刻（即屏幕上的不同位置）出現。

2、觸發位置

    具有預觸發或後觸發延遲能力的示波器必須具有某種方法來控製延遲時間的大小。這可以用觸發位置控製機構來完成。這個控製機構可以使得觸發位置在屏幕上或者在采集記錄中移動。在有些示波器中，觸發位置隻能設置為幾個預先規定的數值，例如在采集信號記錄的開頭、中間和結尾。但如示波器具有很寬的出發位置控製範圍，使用起來會是很方便的。

3、毛刺捕捉

    由於電路的乾擾或者由於連線離被測係統過近等因素就可能會產生帶有快速的毛刺或尖峰的失真波形，這些毛刺常會引起係統發生誤動作。這就需要我們來發現這些毛刺。

    如果用模擬示波器來觀察，隻有當毛刺信號是重複性的並且和主信號同步時，我們才能看到毛刺信號。或者如果運氣好，出現了很多的毛刺，就可能會在主信號的周圍看到毛刺的朦朧形象。由於毛刺源於其它的電路係統，所以這些毛刺通常隻是偶爾發生，並且和主信號不同步。使用DSO捕捉毛刺先必須確保示波器已準備好去捕捉這些快速毛刺。DSO在特定時刻對輸入信號進行采樣，采樣點之間的時間間隔取決於時間設置。如果毛刺的寬度比示波器的時間分辨率還要小，能否捕捉到毛刺就要看運氣如何了。為了能夠捕捉到毛刺我們的辦法就是峰值檢測或毛刺捕捉。

    采用峰值檢測的方法時，示波器將對信號波形的幅度連續的進行監測，並由正、負峰值檢測器將信號的峰值幅度暫時的儲存起來。當示波器要顯示采樣點的時候，示波器就將正或負峰值檢測器保存的峰值進行數字化，並將該峰值檢測器清零。這樣在示波器上就用檢測到的信號的正、負峰值代替了原來的采樣點的數值。因此，峰值檢測的方法能幫助我們發現由於使用的采樣率過低而丟失的信號或者由於假象現象而引起失真的信號。峰值檢測的方法對於捕捉調製信號，也很有用。為了顯示這類信號，必須將示波器的時基設置的和調製信號的頻率相配合。而在這種信號中，調製信號的頻率通常在音頻範圍但載波頻率通常為455KHZ或者更高。在這種情況下，不使用毛刺捕捉功能，就不能正確的采集信號，而使用了毛刺捕捉功能就可以看到類似模擬示波器所顯示的波形。

    示波器上的峰值檢測功能是通過硬件（模擬）峰值檢測器的方法或者快速采樣的方法來實現的。（模擬）峰值檢測器是一個專門的硬件電路，它以電容上電壓的形式存儲信號的峰值。這種方法的缺點是速度比較慢，它通常隻能存儲寬度大於幾個微秒且有相當幅度的毛刺。數字峰值檢測器圍繞ADC而構成，這時ADC將以可能的高采樣率連續對信號進行采樣。然後將峰值存儲在一個專用的存儲器中。當要顯示采樣點的值時，儲存的峰值就作為該時刻的采樣值來使用。數字峰值檢測器的優點是其速度和數字化的過程的速度一樣快。

4、滾動模式

    從觸發事件開始，示波器采集信號的采樣點，並將其存於采集存儲器中的連續位置。一單新的數據已將存儲器的後一個單元填滿以後，采集過程即告結束，示波器就將采集存儲器中的波形數據複製到顯示存儲器中去。在此期間示波器不再采集新的數據，就象模擬示波器在時基複位期間不能顯示波形掃跡一樣。

    對於低頻應用的場合，信號的周期可達分鐘的量級而遠不隻是微秒級的量級，這時DSO可以應用一種全連續的顯示方式：滾動模式。在這種模式下，示波器采集采樣點並立即將采集的數據複製到顯示存儲器。而這些新的采樣點顯示於屏幕的右麵，屏幕上已有的波形則向左滾動。老的采樣點一旦移動到屏幕的左麵即行消失。這樣一來示波器屏幕上顯示的波形總是反映出新信號對時間變化的情況。

    由於有了這種滾動模式，就可以用示波器來代替圖表記錄儀來顯示慢變化的現象。諸如化學過程、電池的充放電周期或溫度對係統性能的影響等。

5、顯示放大

    在模擬示波器中，可以將時基放大10倍，以便詳細觀察信號的細節。在DSO中顯示的波形可以按大小不同的步進值放大。通常時基放大按2的冪次倍數放大。一旦波形已經采集並存入存儲器，例如單次波形采集的情況，使用垂直放大功能代替提高垂直靈敏度來放**形也是很方便的。

六、特殊的觸發方式

    DSO的存儲功能使它成為捕捉十分罕見、甚至於隻發生一次的信號，例如單次事件或者係統閉鎖等情況的極為有用的工具。為捕捉這些信號就要求示波器具有各種各樣的觸發方式去探測這些特殊的條件。為了實現這一目的，隻有邊緣觸發往往是不夠的，為此就需要有若乾附加的觸發能力的特殊的觸發方式。

1、圖形觸發

    在邏輯硬件電路中，信號是由許多並行的線來傳送的。整個硬件的瞬時狀態則是由在給定時刻時這些線上的狀態來表示的。為了識彆硬件狀態，就需要有一種儀器來檢測這些線的狀態。使用圖形觸發功能可以監視多條線的狀態。

2、狀態觸發

    邏輯硬件通常是圍繞著一個中央時鐘係統來構成的。其中的所有硬件都在這個時鐘係統的指令之下來存儲其輸入信號。當使用狀態觸發時，輸入信號的處理方法和圖形觸發時一樣，隻不過現在要把其中的一個輸入信號當作時鐘信號。如果示波器在時鐘上升沿或下降沿時存儲的其餘的線的輸入字和用戶規定的觸發字一致，則示波器就觸發。

3、毛刺觸發

    使用毛刺觸發時，能引起係統誤動作的窄脈衝，如毛刺、尖峰等可引起示波器觸發。如果一個係統是設計在DC到某一頻率信號下工作的，那麼由於線路走線可能會使係統引入比此範圍更高的頻率信號，例如來自其它線路的乾擾或吸收大功率的瞬變信號等。可以把示波器設置為當被測脈衝的寬度小於允許的高頻率信號之周期的一半時觸發。因為我們可以認為，在正常工作的情況下，這樣的窄脈衝是不可能發生的。

    毛刺觸發的另一個應用場合是邏輯硬件，這時硬件電路的邏輯狀態都是和係統時鐘同步變化的。結果，這種硬件電路中的脈衝寬度都應為係統時鐘周期的整倍數。在這種係統中，故障的發生常常和脈衝寬度異常有關。為了探測故障，我們現在可以把示波器的觸發條件設置為在脈衝寬度小於一個時鐘周期時觸發。

4、時間限定觸發

    這種觸發方式使得示波器在滿足一定的時間長度要求的條件下，可以按上述任何一種方式觸發。這種時間長度要求可以是要求某一小時間長度（如果時間長於某值則為有效），要求某一大時間長度或者要求某一個從小值到大值的時間範圍。時間限定觸發對於按照係統不能滿足正常工作條件來觸發以對係統進行檢測時是非常有用的。還可以用這種觸發方式探測連續工作信號發生的中斷現象。

5、時間延遲

    這種觸發方式可以使示波器按照多個信號的情況來觸發，而其中的一個信號，用來延遲采集的起始點。觸發周期是由一個主信號，通常為多個信號通到之一啟動的。接收到主觸發信號以後，示波器就開始檢查**個信號（這也可能還是那個主觸發信號，但取不同的電平），並對這個信號上的觸發事件進行計數。當達到預先規定的觸發事件數時，示波器就開始采集波形。典型應用實例為串行數據線、控製係統及機械環境等。

6、N次周期

    這種功能可以用來從輸入信號中選出每個第N次出現的波形，然後將這種選出的信號加到正常觸發係統來使示波器觸發。當一個信號受到它的諧波的影響而失真，也就是說這個信號是周期性的但其各個周期並不完全相同。這種情況下， N次周期觸發方式特彆有用。例如某一係統按一固定頻率運行，但是每過12個脈衝，脈衝的寬度就變得寬一些。這時可以選擇“N周器=12”，這樣示波器就隻對這些變寬的脈衝作出響應，引起觸發。

七、波形存儲

    被測信號的波形存入存儲器以後，可以將其複製到所謂的後備存儲器或寄存器中，供以後進行分析或作參考及比較的目的使用。DSO通常裝有多個這種存儲器。後備存儲器可以按掃跡存儲器的方式設置，這時示波器多通道采集的每一條掃跡將分彆存儲。也可將後備存儲器設置為記錄存儲器，這時示波器將多通道采集的所有數據同時存儲下來。**種方法的好處是同時保存了所有有關的時間信息。

    示波器配備大量的後備存儲器對於在現場工作的工程師是很方便的。這時，工程師可以把現場測量期間所有有關的波形都存儲下來以便以後生成硬考貝、或將這些波形傳往計算機再作進一步的分析。

八、顯示算法、內插和點連接及窗口模式

    我們在DSO屏幕上看到的波形是由存儲器中的采樣點重建出來的信號波形。這時示波器在屏幕上顯示出這些采樣點，並在這些采樣點之間畫出連線。這種波形顯示的工作可以按幾種方法來作。簡單的方法是在各個采樣點之間用直線連接。這種方法稱為線性內插。隻要各采樣點之間靠得很近，例如每格50個采樣點，用這種方法就能夠獲得足夠的重建波形。如果在信號跳變沿前後都采集了采樣點，那麼用這種方法就可以觀察信號的沿。如果將顯示的波形在水平方向放大，使得采集的采樣點之間的距離變大，那麼示波器屏幕上信號波形的亮度就會降低。所以示波器是通過計算出內插的或顯示的采樣值來保持屏幕上顯示的采樣點數足夠高。當屏幕上的波形在水平方向放大得很大時，在屏幕上顯示出一條通過各采樣點的連續的曲線就比在采樣點之間用直線連接要好得多。為此可以使用正弦內插法。采用這種方法時，在屏幕上將各個采集的采樣點用幅度和頻率俱為可變的佳正弦擬合曲線連接起來。采用了內插的方法以後，即使當屏幕上每格的采樣點數較少時也能得到和模擬示波器顯示波形類似的自然平滑的重建波形。

    為了觀察真正的采樣點，示波器通常設有點顯示方式。在此方式下，不使用任何內插法。選擇這種方式以後，我們在屏幕上隻能看到用離散亮點表示的采樣點，而在這些點之間冇有任何連線。

    當我們進行信號比較時，例如將一新采集的波形和以前存儲的信號波形比較時，把這兩個波形掃跡顯示在示波器屏幕的不同區域會是很有用處的。為此示波器又設有窗口模式。這個模式將示波器屏幕分成兩個或多個區域以顯示不同的掃跡。由於減小了垂直幅度，因此在窗口模式下，DSO還可以使用其模擬前端的全部動態範圍。這樣，在減少了顯示幅度的情況下，還能獲得優化的測量準確度。

九、、自動測量和處理

1、自動測量

    示波器用來顯示信號的波形，並對諸如：峰---峰值幅度、RMS幅度、DC電平、頻率、脈衝寬度、上升時間等波形參數進行測量。對於任何波形來說，這些波形參數都可以使用大家熟知的數學方法來測量計算。

    在使用模擬示波器的時候，用戶隻能進行手動測量，例如對屏幕上顯示的波形曲線進行解釋分析，在屏幕上計算格數以求出波形幅度和時間間隔，再用數學定義算出測量結果。對於基本的波形來說，這種方法隻能獲得中等的準確度，但方法是可行的。而對於更加複雜的波形來說，使用這種方法要困難的多，並且可能要進行某些推測。

    當使用DSO時，隻要示波器已經采集了信號波形，就獲得了所有的波形信息數據，根據這些數據就能自動計算出要測量的參數，得到更加準確、可靠的結果，整個過程極為迅速、簡便。

    多數DSO都能對一個或多個通道上的輸入信號同時進行兩個或多個參數的測量。因此可以用來進行信號間的比較，例如比較一個放大器或衰減器的輸入和輸出信號。另外，如果示波器對存儲的波形和新采集的波信都能進行參數測量，那將會是非常方便的。這就使我們能對實際信號的性能和標準信號的性能進行比較。也使我們可以觀察時間對信號的響應或者對係統修改後的變化影響。

    示波器上完全的參數測量功能還應包括用統計形式給出測量結果。這就是說，在一個較長的波形采集期間中的任何時刻，示波器應給出某一特定測量參數的小值、大值和平均值。使用這一功能我們可以發現一個係統性能變化的趨勢而無需連續監視示波器屏幕顯示的內容。

    任何示波器的參數測量都是通過對采集的數據進行分析來進行的。所以，參數測量的結果都源於在示波器的存儲器中存儲的采集到的波形。這就意味著，示波器的設置情況對參數測量的結果會有影響。例如，如果示波器的時基速度設置的比較慢，比如說設置為1ms/格，而要對一個估計為50ns—100ns的上升沿進行上升時間的測量，那麼由於采集過程中時間分辨率的限製，我們就無法測出正確的結果。為了進行這項參數測量，我們應當把示波器的時基設置的足夠快，例如設置為50ns/格以便以足夠細的時間分辨率顯示出被測波形的上升沿。

2、數字處理

    示波器所采集的波形數據中包含了非常豐富的信息。用來顯示這些數據的一種非常有用的形式就是波形顯示，即用垂直坐標軸表示電壓，用水平坐標軸表示時間。這就是Y—t顯示方式。另一種顯示波形數據的方法是用兩個通道的波形數據來畫圖。這時對顯示的每一個數據點來說，其水平位置代表一個通道的數據值，而其垂直位置則表示另一個通道的數據值。這種顯示模式稱X—Y模式。用這種模式，用戶可以觀察頻率相關聯的兩個信號之間的相位或時間關係。X—Y模式對於測試相移器和濾波器極為有用，還可以和運動傳感器配合使用來檢查運動係統的振動情況。和輸出信號器蠶

    在X—Y模式下，DSO比模擬示波器優越的地方在於這時DSO的帶寬為示波器的全部采基帶寬，而在X---Y模式下模擬示波器隻能用於有限的帶寬。而另一方麵，在X---Y模式下DSO顯示的是在某一單個記錄中所包含的采樣點數據。這些數據隻能表示在一個有限的時間期間（該記錄的時間長度）的波形。而在在X---Y模式下模擬示波器給出的是一個連續的活的顯示圖形。此外還有很多其它的方法用來從波形數據中提取寶貴的信息，或者對數據進行運算以便用更加有用的格式來表示數據中所包含的信息。這種運算通常稱為波形的數**算

2．1采用平均的方法來提高分辨率

   平均的方法是把連續的各次波形采集的結果組合在一起，采用平均的方法可以減少疊加在信號上的噪音。經過平均處理以後的波形的每一個采樣點都是由各次連續采集的波形上相同位置的采樣值通過平均運算而獲得的。由於噪音的本質所決定，噪音對每次新的采集來說都是不同的，所以各次連續采集波形的采樣值就會略有不同。通過平均減少了這種差彆，更加平滑的波形，但是並不影響帶寬。然而當使用平均的方法時，示波器要用更長的時間才能響應信息的變化。

    多數DSO的垂直分辨率為8比特。這就是說，采集的波形完全由256個不同的電壓電平來表示。通過對各次連續采集的波形進行平均可以提高分辨率。進行平均計算時所用的連續采集波形數越多，垂直分辨率就越高。每當所用的連續采集波形數增加一倍時，垂直分辨率就增加一個比特。

2．2包絡模式

    當被測信號隨著時間變化時，例如要觀察信號的幅度變化或者抖動現象時，觀測在多次采集過程中波形的總體特性往往比觀測一次瞬時波形更有用。當打開包絡模式以後，示波器在各次連續采集過程中對波形記錄中的每個采樣點位置的小值和大值都存儲下來，並以此構成波形顯示。這樣獲得的顯示波形表現了信號長期變化的積累效果。使得我們可以進行長時期的抖動測量或者長時期的幅度變化測量。

2．3數字濾波

    對波形進行濾波是一種通過對采集的波形數據進行數學處理以減小波形帶寬的處理過程。“濾波”一詞說明這種處理功能和在示波器的輸入端加入低通濾波器具有相同的效果。

    數字濾波是通過把波形記錄中的每個采樣點和同一波形記錄中與該點相臨的若乾采樣點進行平均來實現的。這樣作的結果減小了信號中的噪音，但同時也減小了帶寬。與平均方法不同，數字濾波減小帶寬的目的是為了減小噪音。數字濾波也可用於單次信號的情況，而平均的方法卻要求對重複性信號進行多次波形采集。

2．4波形比較，樣板測試

    示波器中存儲的波形可以和新采集的波形同時進行顯示。例如，我們可以把一個已知好的設備的波形特性和有故障的設備的波形特性進行比較。在很多情況下，進行這種信號比較的目的在於檢查該係統的性能是否符合其技術指標。使用具有“通過/不通過”測試能力的示波器我們可以非常容易的、全自動的進行這種信號比較工作。先我們把標準信號及其允許的極限範圍存儲在示波器的寄存器中。這些存儲的信息稱為樣板。接著示波器就從被測係統采集信號，並將每個新采集的信號和該樣板進行比較。如果采集的信號在樣板的範圍之內，則示波器指示“通過”。反之，則示波器指示“不通過”。

2．5快速付裡葉變換（FFT）

    快速付裡葉變換（FFT）是一種數**算方法。它從被測信號中提取信號所包含的各個頻率分量的幅度顯示出來。FFT對於發現信號失真的大小，確認複雜波形中包含的頻率成份或者尋找係統間的相互乾擾等工作是非常有用的。

2．6波形相乘

    此功能重要的應用是測量電功率，因為電功率的定義就是電流和電壓的數學乘積。為了進行功率測量，示波器就要同時采集電壓和電流的波形，並將二者相乘。相乘後獲得的波形則表示隨時間變化的瞬時功率值。這種功率測量工作對於測試電源功率放大器以及穩壓器等都是非常重要的。因為這些場合電流都比較大，而這些部件承受的功率大小都是很關鍵的指標。

2．7積分

    積分可以給出一條曲線下的麵積，使我們能夠觀察信號隨著時間積累的總體效果。

2．8微分

微分表示的是信號變化的速率。

十、PC機接口

    在很多情況下，我們需要把示波器中的信號傳往PC機。而在另一些情況下，我們可能希望用PC機來對示波器進行控製，這兩種情況下都要求示波器具有通訊能力。也就是說，示波器必須裝有通迅硬件及其支持軟件。此通訊軟硬件稱為“接口”。常用的接口有兩種。即RS—232接口和GPIB通用接口總線IEEE488總線。

    RS—232接口是一種串行接口。這種接口在PC機上一般用來通過調製解調器進行通訊，還用來連接鼠標器、打印機等設備。連接到PC機上的每個設備都需要單獨占用PC機上的一個RS—232接口。也就是說在一台PC機上隻能連接有限個設備，常常隻能連接一個。很多軟件包都使用串行通訊方式，因為這種通訊方式要求對PC機的改動小，並且可以使用比較簡單的電纜。所以在示波器上配備這種軟件比較容易。

GPIB通用接口總線是一種為在儀器係統中使用而設計的並行總線。這種總線允許多台儀器同時連至同一總線。這種總線還允許各台儀器在測試協議之下隨時請求控製器給予注意。