四種捕獲模式重構(gòu)波形的異同

我們使用示波器的捕獲模式，一般都只用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式。你知道捕獲模式有哪些嗎？他們各自對采樣點(diǎn)的處理方式你了解多少呢？每一種模式又適用于哪種波形呢？本文對比分析這些模式的特點(diǎn)，您會(huì)有不一樣的發(fā)現(xiàn)。

在測量波形時(shí)，對一些具有某種特征的信號的測量是需要選擇合適的捕獲模式的。本文以ZDS4054 Plus示波器為例，與大家分享示波器幾種捕獲模式的原理和特點(diǎn)及其合適的應(yīng)用場合。

在示波器前面板上按下【Acquire】鍵，在捕獲模式菜單中可以看到其中共包含4種捕獲模式：標(biāo)準(zhǔn)、峰值、平均和高分辨率。

簡單地說，示波器的捕獲模式用于控制如何從采樣點(diǎn)中獲取波形點(diǎn)。現(xiàn)在我們使用的數(shù)字示波器捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值能否繪出波形為止，隨后數(shù)字示波器重構(gòu)波形。而由于處理方式的不同，重構(gòu)的信號波形也會(huì)有一定的差別。

下面將介紹這四種捕獲模式重構(gòu)波形的異同。

一、標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式

對大多數(shù)波形來說，使用標(biāo)準(zhǔn)模式可以產(chǎn)生最佳的顯示效果。在一般情況下，如果您對示波器捕獲波形的方式?jīng)]有特殊要求時(shí)，捕獲模式可以選擇為ZDS 4054 Plus示波器默認(rèn)的捕獲模式：標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式。

原理：按相等時(shí)間間隔對信號采樣以重建波形，具體原理圖如圖1所示。

適用場景：對波形捕獲模式無特殊要求時(shí)使用。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式原理圖

二、峰值捕獲模式

在該模式下，示波器至少能顯示出來與采樣周期一樣寬的所有脈沖。

原理：采集到采樣間隔信號的最大值和最小值，具體原理圖如圖2所示。

適用場景：捕獲可能丟失的窄脈沖和高頻率的毛刺。

注意事項(xiàng)：雖然該模式可避免信號混淆，但顯示的噪聲較大。

圖2 峰值捕獲模式原理圖

三、平均捕獲模式

在該模式下，可先設(shè)置一個(gè)平均次數(shù)N，具體設(shè)置方法為：在示波器前面板上按下【Acquire】鍵，按下【平均次數(shù)】菜單軟鍵，通過調(diào)節(jié)A/B旋鈕設(shè)置平均次數(shù)的數(shù)值。

原理：示波器會(huì)對采集的N段波形，將它們按照觸發(fā)位置對齊，對N段波形進(jìn)行平均運(yùn)算，最終得到一段平均后的波形。具體原理圖如圖 3所示。在ZDS4054 Plus示波器中平均數(shù)可設(shè)置的范圍是2~65536，系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)為64次。

適用場景：希望減少波形中的隨機(jī)噪聲并提高垂直分辨率時(shí)使用。

注意事項(xiàng)：

（1）滾動(dòng)視圖模式下不支持平均捕獲模式。

（2）平均次數(shù)越高，噪聲越小，但波形顯示對波形變化的相應(yīng)也越慢。

圖3 平均捕獲模式原理圖

四、高分辨率捕獲模式

在該模式下，該模式采用一種超取樣技術(shù)，對采樣波形的鄰近點(diǎn)平均，減小輸入信號上的隨機(jī)噪聲并在屏幕上產(chǎn)生更平滑的波形。

原理：對一段波形中的每N個(gè)點(diǎn)求平均，把原來的N個(gè)采樣點(diǎn)替換成一個(gè)平均點(diǎn)來顯示。具體原理圖如所示。

適用場景：通常用于數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣率高于采集存儲(chǔ)器的存速率的情形，即可提供較較高分辨率、較低帶寬的波形。

注意事項(xiàng)：“平均”和“高分辨率”模式使用的平均方式不一樣，前者為“波形平均”，后者為“點(diǎn)平均”。

圖4 高分辨率捕獲模式原理圖

五、總結(jié)

對這4種捕獲模式的捕獲機(jī)制與應(yīng)用特點(diǎn)了解之后，我們來看下它們對同一個(gè)輸入信號的顯示情況。將捕獲模式依次設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)、峰值、平均和高分辨率模式，很明顯在對比之下，標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式下（如圖 5所示），信號噪聲適中，峰值捕獲模式下（如圖 6所示），信號的噪聲顯示比較明顯，而平均（如圖 7所示）和高分辨率（如圖 8所示）捕獲模式下顯示的波形幾乎沒有隨機(jī)噪聲。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式下的波形圖

圖6 峰值捕獲模式下的波形圖

圖7 平均捕獲模式下的波形圖

圖8 高分辨率捕獲模式下的波形圖

了解了同一輸入信號在不同捕獲模式下的不同顯示效果之后，再來對這四種捕獲模式做個(gè)異同總結(jié)：

對波形捕獲模式無特殊要求時(shí)，一般使用示波器默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)捕獲模式；

要捕獲窄脈沖或高頻率的毛刺，選擇峰值捕獲模式；

想減少噪聲并提高分辨率，使用平均捕獲模式；

希望提供較較高分辨率、較低帶寬的波形時(shí)，選擇高分辨率捕獲模式。