【虹科分享】虹科數(shù)字化儀如何實現(xiàn)示波器功能？

HongKe

圖1：虹科Spectrum的PCIe和LXI數(shù)字化儀集成了必要的軟硬件功能來實現(xiàn)示波功能。

“什么時候可以將數(shù)字化儀用作示波器，示波器數(shù)字化儀和非示波器數(shù)字化儀有什么區(qū)別？”

這是個有趣且實用的問題，讓我們先來看看示波器的定義——一款用來測量變化電壓的電子器具，它獲取一系列電壓波形并在屏幕上演示出來。

帶有合適軟件的數(shù)字化儀可以實現(xiàn)示波器的功能，它可以獲取電壓信號波形并顯示在屏幕上。大的不同是示波器通常為帶有單獨顯示屏的單機設備，而數(shù)字化儀是個系統(tǒng)組件，采集和存儲電壓波形并帶有輔助軟件，并通過輔助軟件在屏幕上顯示該數(shù)據(jù)。所以答案：虹科數(shù)字化儀可以像示波器一樣使用。

這又產(chǎn)生了兩個問題。1、為什么要用虹科數(shù)字化儀來代替示波器？2、虹科數(shù)字化儀的哪些特點使其能夠代替示波器？

NO.1 為什么要用數(shù)字化儀來代替示波器？

（1）虹科數(shù)字化儀可以支持更多的輸入通道。

頻譜數(shù)字化儀單個數(shù)字化儀卡可提供多達16個通道，當通過Star-Hub連接多達16個卡時，則共提供多達256個通道。與示波器相比，這是一個主要優(yōu)勢，示波器通常限制為每臺儀器少于8個通道。

（2）虹科數(shù)字化儀還提供具有更小外形尺寸的多個通道。

虹科Spectrum 8通道數(shù)字化儀與8通道示波器相比可看出數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡非常小，可以直接插入大多數(shù)現(xiàn)代PC中的空置PCle插槽。除此之外，它們在相同數(shù)量的通道下功耗要低得多。

（3）虹科數(shù)字化儀垂直分辨率具有高垂直分辨率。

示波器提供最大8到12位的分辨率，而數(shù)字化儀提供8到16位的分辨率。請記住，分辨率取決于帶寬，因此在對比的時候必須選擇具有相同帶寬的儀器。

（4）如果您需要將高吞吐量的數(shù)據(jù)傳到PC進行處理，那么數(shù)字化儀是最佳選擇。

虹科 Spectrum M4i數(shù)字化儀可以通過PCle總線以高達3.4GB/s的速度傳輸數(shù)據(jù)，而獨立示波器通常使用速度慢得多的接口，如USB或LAN。這使得來自數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)比來自示波器的數(shù)據(jù)快幾個數(shù)量級。因此，需要進行定制信號處理和數(shù)據(jù)分析時，數(shù)字化儀無疑是最好的選擇。

（5）虹科數(shù)字化儀適用于遠程測量。

另一個問題是您是否需要遠程進行測量。虹科Spectrum的digitizerNETBOX基于網(wǎng)絡提供LXI控制和數(shù)據(jù)傳輸功能，因此數(shù)字化儀可以放置在距離測量位置很遠的地方。如果您需要從安全控制室、辦公室甚至公司LAN上的其他位置查看數(shù)據(jù)和控制儀器，這是理想的選擇。

（6）虹科數(shù)字化儀是可擴展的系統(tǒng)組件。

虹科數(shù)字化儀可輕易增加通道數(shù)量和加強數(shù)字化系統(tǒng)配置，可更改或增加板卡的數(shù)量，更改可用帶寬，采樣率，記錄長度。相比之下，示波器是一種具有相對固定配置的工具。

表1比較了虹科數(shù)字化儀和示波器的優(yōu)勢：

NO.2 虹科數(shù)字化儀的哪些特點使其能夠代替示波器？

數(shù)字化儀型號和配置多達數(shù)百種，在確定了通道數(shù)和帶寬的基本問題之后，您還需要考慮幾件事情。

（1）采樣率：

采樣率是固定的還是可選的？示波器的采樣率是可選的，能夠觀測不同頻率的信號。當選擇數(shù)字化儀代替示波器時，數(shù)字化儀也應具備與示波器相同的特征。通常，采樣率應為帶有快速邊沿的精確數(shù)字化波形帶寬的4到5倍。虹科數(shù)字化儀提供可編程的鎖相環(huán)（PLL）。此外，當需要利用其他的信號源驅(qū)動或同步采樣率時，可使用外部時鐘或外部比較時鐘。

（2）采集內(nèi)存

在不降低采樣率的情況下，采集通道內(nèi)存決定了長記錄時間，如虹科M4i系列數(shù)字化儀多可提供4GSamples的標準內(nèi)存。這大約是一個高端示波器最大內(nèi)存的4倍。實際上，這意味著數(shù)字化儀在不降低采樣率的條件下記錄更長的波形，因此也不會導致降低寶貴的時間分辨率。

（3）靈活的前端配置

將數(shù)字化儀當做示波器使用也需要有個可變的前端配置。Spectrum的M4i.44xx系列14位、16位數(shù)字化儀可提供50歐姆和1歐姆的帶緩沖輸入和50歐姆信號完全輸入路徑。兩種路徑都提供像示波器那樣的多種輸入范圍。

（4）多種采集模式

示波器提供實時、分段采集模式。順序模式能夠分段使用采集內(nèi)存，并且多個事件能被捕獲，同時降低采集的停滯時間（每個事件之間的重啟時間）。虹科數(shù)字化儀能夠提供多種不同的采集模式。M4i系列數(shù)字化儀可提供環(huán)形緩沖模式（類似于示波器的實時采集）、FIFO或數(shù)據(jù)流模式、多倍記錄模式（分段模式)、門控采樣和ABA模式。多采集模式的特點是實現(xiàn)一個快速的重啟時間。Spectrum M4i.22xx 8位數(shù)字化儀重啟時間只有80個采樣間隔（i.e.16ns在5GS/s時），這比大多數(shù)示波器的1us重新準備時間要短得多。這些不同的采樣模式能夠使用戶在不同的應用時通過配置數(shù)字化儀來充分利用采樣內(nèi)存。

觸發(fā)將數(shù)據(jù)采集與外部事件同步，有效使用虹科數(shù)字化儀需要設備觸發(fā)具有極大的靈活性?；谛甭屎托盘栯娖降暮唵芜呇赜|發(fā)是大多數(shù)數(shù)字化儀的標準方式，也有一些是門觸發(fā)模式。觸發(fā)源包括采集通道和多種外部觸發(fā)輸入。理論上，將為靈活的輸入觸發(fā)方式與極短的重啟時間結(jié)合到一起，將會產(chǎn)生優(yōu)的觸發(fā)狀態(tài)。

虹科數(shù)字化儀的主要優(yōu)勢之一是能夠?qū)?shù)據(jù)快速傳輸?shù)接嬎銠C進行分析和處理的能力。虹科Spectrum數(shù)字化儀采用FIFO模式（數(shù)據(jù)流模式），實現(xiàn)數(shù)字化儀緩沖內(nèi)存和PC內(nèi)存之間的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸。使用 PCI Express x8Gen2接口數(shù)據(jù)流傳輸速度高達3.4GB/s。大多數(shù)使用LXI或USB接口的示波器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C的速度要慢得多。將數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)流能力與快速數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)（如基于RAID的磁盤驅(qū)動器單元)相結(jié)合，使數(shù)字化儀非常適合存儲長時不間斷波形記錄的工程，系統(tǒng)能夠輕松實現(xiàn)數(shù)小時甚至數(shù)天的連續(xù)記錄。

NO.3 SBench6

數(shù)字化儀是“盲”儀器，沒有集成顯示器來查看、測量或分析它們收集的數(shù)據(jù)，這些功能通常由PC執(zhí)行。虹科 Spectrum提供了一個功能齊全的軟件——SBench6。該軟件具有控制數(shù)字化儀和查看采集波形的功能。它可以執(zhí)行簡單或復雜的測量，并提供多種分析工具。SBench6支持包括digitizerNETBOX在內(nèi)的所有虹科 Spectrum數(shù)字化儀系列，是一款功能強大的應用程序，可直接用于驗證數(shù)字化儀的操作。它還允許用戶在開發(fā)他們的定制軟件的過程中確認數(shù)字化儀的操作，同時可以作為一個離線站來查看和分析數(shù)據(jù)。SBench6提供顯示、控制、測量和分析功能，使數(shù)字化儀可以像示波器一樣操作。圖2顯示了SBench6軟件在對數(shù)字化儀控制、采集、查看、測量和分析數(shù)據(jù)方面的多功能性。

圖2：虹科 Spectrum的 SBench6軟件使得數(shù)字化儀可以像示波器一樣操作，以控制、采集、查看、測量和分析波形。

在圖2中，兩個通道的數(shù)據(jù)被采集并顯示在右下方的網(wǎng)格中。該跡線的水平擴展顯示在下部中間網(wǎng)格中。左上角的網(wǎng)格包含這兩個信號的XY圖。左下方的網(wǎng)格包含組成通道1上信號的14位數(shù)字顯示。來自通道1的信號的快速傅立葉變換(FFT)顯示在右上方的網(wǎng)格中，而上方中間的網(wǎng)格包含通道1的直方圖相同的信號?？梢钥闯?，將虹科數(shù)字化儀與 SBench6結(jié)合使用可提供示波器的所有顯示和分析功能。

SBench6還提供光標（每個顯示網(wǎng)格有兩個）和測量參數(shù)。光標顯示在FFT顯示屏上，測量5和15MHz處譜線的幅度和頻率。光標讀數(shù)出現(xiàn)在與FFT顯示相關圖形的左側(cè)信息窗格中。21個測量參數(shù)中的峰峰值幅度、有效(rms)幅度和頻率也顯示在與通道Al-Ch0關聯(lián)的信息窗格中。SBench6中的分析工具包括平均、波形算術、快速傅里葉變換、直方圖、濾波以及模擬和數(shù)字域之間的轉(zhuǎn)換。

NO.4 使用虹科數(shù)字化儀代替示波器的實際測量

圖3：在示例中，使用所有三相電壓和三相電流計算相功率。

在圖3中，我們顯示了WYE連接負載（其中我們可以訪問相電壓和線電壓）。將每相電壓乘以其相關的相電流，結(jié)果就是每相的瞬時功率。瞬時功率的平均值是有功功率分量。所有三相功率讀數(shù)的總和是負載的總有功功率。

這種測量稱為三瓦表功率測量。為了使用外部差分探頭測量電壓來進行這種測量，需要六個通道。如果使用單端探頭，則通道數(shù)增加到九個。能夠在單個數(shù)字化儀卡中指定多達16個通道的靈活性是此類測量的主要優(yōu)勢。

相電壓顯示在圖3的頂行，相電流顯示在中間行。使用模擬計算將每個波形相乘得到的相功率出現(xiàn)在底行。所有三相功率波形的總和與模擬總和，出現(xiàn)在最左側(cè)標有“總功率”的網(wǎng)格中。請注意，總功率是相對恒定的。左側(cè)信息窗格中顯示的參數(shù)讀取各個相功率波形的平均值以及總功率。三相功率測量的平均值之和等于平均總功率。總功率的測量結(jié)果為850.9瓦。

HongKe

這些示例展示了虹科 Spectrum數(shù)字化儀與 SBench6軟件結(jié)合能夠具有像示波器一樣強大的測量功能。虹科數(shù)字化儀的以下優(yōu)勢，將更好地代替示波器成為您的理想選擇：

▲更大的最大通道數(shù)。

▲每個通道的成本和功耗更低。

▲相應帶寬下的幅度分辨率更高。

▲更高的數(shù)據(jù)吞吐量，實現(xiàn)更快的自動化測量。

▲相同數(shù)量的通道體積更小。

▲輕松遙控。

▲定制軟件和對現(xiàn)成分析工具的訪問。

▲模塊化和可擴展性。

虹科測試測量團隊

虹科是在各細分專業(yè)技術領域內(nèi)的資源整合及技術服務落地供應商。在測試測量行業(yè)經(jīng)驗超過17年的高科技公司，虹科與世界知名的測量行業(yè)巨頭公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供領域內(nèi)頂尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平臺的多種功能模塊，以及自動化測試軟件平臺和測試系統(tǒng)，通用臺式信號源設備，高速數(shù)字化儀，EMC和射頻測試方案等。事業(yè)部目前已經(jīng)提供覆蓋半導體、3C、汽車行業(yè)的超過25個大型和超大型自研系統(tǒng)項目。我們的解決方案已在汽車電子、半導體、通信、航空航天、軍工等多個行業(yè)得到驗證。此外，我們積極參與半導體、汽車測試等行業(yè)協(xié)會的工作，為推廣先進技術的普及做出了重要貢獻。至今，虹科已經(jīng)先后為全國用戶提供了100+不同的解決方案和項目，并且獲得了行業(yè)內(nèi)用戶極好口碑。