摘要：由于通用示波器没有存储功能，因而在单脉冲信号的捕捉和测量中受到极大的限制。介绍一种利用SPCE061A型16位单片机给通用示波器嵌入存储功能的原理。实验证明此设计在一定频率范围内是可行的，而且成本较低，具有一定的实用价值。

    关键词：示波器；SPCE061A；单片机；存储器；设计

    中图分类号：TM935.3 文献标识码：A 文章编号：1006-6977（2006）01-0051-03

    1 引言

    目前，通用二踪示波器如HH4310A/HH4311A、RS8等均无存储功能，在学生实验中能满足信号测量的要求，但若用于测量一些非周期单脉冲信号，由于信号的突发性，这些通用的示波器往往不能对信号的波形、幅值、脉宽进行仔细的观测。其在通用示波器中嵌入存储功能，能极大地扩展应用范围，具有较高的实用价值。笔者介绍一种利用SPCE061A型16位单片机在HH4310A/HH4311A型通用示波器中嵌入存储功能的原理及实验结果。

    2 通用示波器的基本工作原理

    通用示波器的频率繁多，电路各不相同，但总的来说，可以归纳为3个主要组成部分：垂直系统（主要实现Y输入信号的放大）；水平系统（主要实现水平扫描和水平放大）和主机（主要包括低/高压电源和显示电路）。基本结构如图1所示，各组成部分的详细工作原理参阅参考文献[1]。

    3 嵌入存储功能的原理

    在通用示波器中嵌入存储功能的基本原理是用A/D转换器把仿真信号转换为数字信号，然后存储到RAM中，需要显示时，将RAM中的存储的数字信号按顺序读出，通过D/A转换器恢复仿真信号，在示波器荧光屏上显示出来。在设计中，利用SPCE061A型16位单片机中的A/D转换器实现对示波器的Y输入被测信号的模/数转换，转换的结果存储在SPCE061A内部的SRAM中，显示时，经SPCE061A的D/A转换器恢复输入的仿真信号，SPCE061A及相关电路构成的扩展电路接在通用示波器垂直系统的Y输入电路及前置放大器之间，如图2所示。

    3.1 A/D转换的原理及性能要求

    要实现对输入被测信号的存储，A/ D转换（取样、量化、编码）是关键，根据奈奎斯特（Nyquist）取样定理，曲江后能够不失真地还原出原信号，必须满足fs＞2fm，即取样频率必须大于信号最高频率的2倍。在SPCE061A中有7路10位逐次逼近型A/D转换器，通用对A/D转换器有关控制寄存器P_ADC_Ctrl（$7015H）、P_ADC_MUX_Ctrl（$702BH）的合理设置启动A/D转换，从P_ADC_MUX_Data（$702CH）单元中读出A/D转换的值。SPCE061A中A/D转换的最高速率为（Fosc/32/16Hz），如果速率超过此值，从P_ADC_MUX_Data中读出数据时会发生错误。A/D转换的最大频率相应率（Fosc/32/16Hz）如表1所示。

    在SPCE061A中，32768Hz的实时时钟经过PLL倍频电路产生系统时钟Fosc，Fosc再经过分频得到CPU时钟（CPUCLK），通过对寄存器P_System Clok（$7013H）的编程来完成对系统时钟Fosc和CPU时钟频率的定义。默认时，Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。

    根据A/D转换的基本原理及SPCE061A的A/D转换的特性，在通用示波器中嵌入的存储功能模块的最大不失真频率为20kHz。

    3.2 数字信号的存储和D/A转换

    经A/D转换的结果需要存储到存储器中，其存储容量为获取波形的取样点数目，用直接存放A/D变换后数据的获取存储单元来表示。在SPCE061A中有2K×10bit的SRAM存储单元，实际使用的SRAM的容量主要由A/D转换的速率和扫描因子（t/div）共同决定，其关系如下式所示：

    式中，fS为A/D转换的取样频率，N为每格的取样点数。由此可知，在A/D变换速率相同的条件下，存储容量的大小决定扫描时间因子的大小。在设计中，A/D变换的速率fS最大为96kHz，若用1K的SRAM作为A/D转换的存储器，则最大扫描时间为10ms/div。在存储扩展模块中，单片机启动A/D转换器后，通过对P_ADC_MUX_Data（$702CH）单元中A/D转换结果的比较，当有效的转换结果出现时，才将结果保存到SRAM中，利用这种方法能够有效地扩大扫描时间因子，对于单脉冲信号的捕捉非常有效。ADC的部分程序如下：

    _AD

    在A/D转换中，不仅A/D转换的位数和存储容量决定示波器的垂直和水平分辨率，而且，通过单片机对A/D转换结果的数字信号多次取平均处理，消除随机噪声，可以使垂直分辨率得到提高。

    SPCE061A提供了2路D/A转换通道，通过对寄存器P_DAC_MUX_Ctrl（702AH）单元的编程控制D/A转换，将存储器中的数字信号按顺序转换为仿真信号，加到示波器的Y通道放大器中，在荧光屏上重现信号的波形。

    4 示波器存储模块的实验研究

    对于示波器存储模块的研究主要采用对同一信号进行实验比较的方式。在实际中，利用HH4310A/HH4311A型通用示波器对信号进行1次直接测量和1次存储测量，然后对2次测量结果（包括波形的失真度、幅值及频率）进行比较。图3（a）和（b）分别显示对单脉冲信号的直接显示波形和存储显示波形。

    通过实验结果的比较可以看出，在一定频率（20kHz）以下，嵌入SPCE061A的示波器存储模块能够实现对信号的不失真存储。

    5 结束语

    通过实验研究可以看出，利用SPCE061A可以实现对通用示波器存储功能的扩展。通过单片机的编程可较好地实现对单次脉冲的存储测量。虽然在SPCE061A中，A/D转换、D/A转换的速度和SRAM的容量限制了存储信号的频带范围，但是，其成本较低，性价比较高，具有一定的实用价值。若要扩大存储信号带宽的范围，可采用高速A/D转换器和D/A转换器以及大容量的RAM来实现。

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     图1说明了高性能示波器输入系统的三个组成要素：探头/放大器、模数转换器(ADC)和解复用器/存储器。探头/放大器和ADC决定着示波器真正的模拟带宽。这些电路以恒定的连续速率运行，而与取样速率、通道数量或触发条件无关。 图 1. 这一方框图显示了三个方框：探头和放大器、模数转换器、解复用器/存储器。 选择示波器的规则 选择示波器的规则是，我们需要询问那些采用DSP来扩展带宽的示波器是否能提供所宣称的全带宽，而不管信号是怎样采集、取样或插补。除非示波器能够在移出DSP时仍能保持所宣称的全带宽，否则其性能将会在实际测量时下降。下面是检测带宽限制的某些具体线索： 1、 在较低的取样速率时幅度会产生变化 每台高性能示波器都在多种取样速率上工作，以适应各种应用和测量需求。低于最大值的取样速率在数据进入存储器前通过抽样流程实现 (而不是通过改变时钟频率来实现)。抽样不会改变真正模拟频响的幅度，但后期处理DSP可以改变频响。低带宽会损害测量R.F.包络或使用峰值检测毛刺的能力。 2、在较高的取样速率时幅度和带宽会产生变化 随机等时取样(有时称为“重复取样”或R.I.S.)用来对超过高性能示波器最大实时取样速率(目前是20 GS/s)的重复信号进行取样。为使RET实现这种提高的定时分辨率，信号必须是重复的，示波器必须在每个连续波形的相同点上触发。在第一个触发事件发生时，20 GS/s示波器会捕获间隔为50 ps的一套样点。在下一个触发事件上，示波器捕获间隔为50 ps的另一套样点，但在时间上对比第一次采集将略微偏移了。这一流程将持续进行，直到示波器采集了希望数量的样点。然后将对多次采集中采集的这些样点进行梳状滤波，构成一个随机等时记录，其分辨率要远远好于单次事件中没有插补时实现的分辨率。由于样点是在多个触发事件上采集的，因此在RET数据上不会进行DSP或插补。尽管与实时取样相同，但频响幅度仍取决于示波器的探头/放大器和模数据转换器(记住：示波器的真正模拟带宽是不变的)。 3、随选择不同的触发源带宽会产生变化 如前所述，真正的模拟带宽取决于示波器的前端器件(探头/放大器和模数据转换器)。这种真正的模拟带宽从来不会变化；它一直保持不变。但是，DSP产生的虚拟带宽经常会发生变化，而很少或根本不会通知用户。即使示波器操作人员似乎一切操作正常，但其仍会很容易导致不正确的测量结果。其中一个实例是触发源(例如使用不同的通道来触发示波器)。在这种情况下，DSP算法将会提供不同的幅度(带宽)，具体取决于选择了哪种触发源。 例如，若通道1是正弦波，通道2是方形波，使用通道1为触发时，在使用DSP增强带宽的示波器上，方形波的幅度可能会被不准确地表示，而在提供真正模拟带宽的示波器上则可以被正确显示。 现代高性能示波器必需在各种应用中生成可靠的结果。DSP已经证明可以用于、甚至精确地对Nyquist频率附近进行插补以及进行串行数据一致性测量都是必不可少的。示波器真正的模拟带宽取决于前端器件(探头/放大器和模数据转换器)的性能，在调节各种示波器设置或参数时不会变化。如果示波器依赖DSP提高带宽，来实现所宣称的带宽，那么用户必须注意了解每种环境或设置，因为这种作法可能会导致意想不到的测量结果。 DPO满足加快设计和系统检修周期的需求 数字荧光示波器(DPO)自其问世以来已经改变了工程师捕获、查看和测量动态信号信息的能力。最新的DPO，如泰克新推出的TDS/CSA7000B系列，不仅提供数字存储示波器(DSO)的所有传统优势，如波形数据存储和触发，而且还提供了任何DSO中未能提供的关键优势——每秒超过400,000个波形(wfms/s)的波形捕获速率，可以更快地进行设计和系统检修。 不同的采集方法 TDS/CSA7000/B系列的DPO捕获速率使其从其它采集结构中脱颖而出。它采用独有的第三代DPX?采集技术及明显降低示波器/采集/处理/更新周期的独特并行处理结构，其超高捕获速率允许示波器非常迅速地积累与信号有关的详细信息，其速度要比传统DSO快成百上千倍。结果，DPO提供了无可比拟的测量和分析吞吐量。 为什么波形捕获速率这么重要呢？答案非常简单：由于能够“看到”更多的信息，因此DPO可以“发现”更多的问题。把DPO与DSO对比一下可以看出，DSO只在非常短的时间内采集信号，通常不到前者的1%。最高的DSO捕获速率位于大约每秒7800个波形的范围内。大多数DSO的时间用在了处理采集的波形数据及创建显示画面上，而不能观察在此期间发生的信号活动。 DPO采用并行结构，明显缩短了处理时间，用在观察信号上的时间则成比例提高。其400,000 wfms/s的波形捕获速率比最快的DSO还要快50倍以上。由于它在多得多的时间内处于“警醒”状态，因此DPO一般可以捕获与经过的事件有关的更多信息。这意味着可以更好地查看关键信号行为及获得更多的数据，以深入展开分析。 由于DPO采集和处理波形的速度要比DSO高出数百倍，因此DPO可以更加迅速地捕获瞬变和稍纵即逝的幅度变化，加快设计和系统检修的速度，增强分析复杂信号的能力。实践证明，这些采用DPX的DPO为检测和分析间歇性畸变提供了最有效的工具，而这些畸变可能会损害PCI Express 和 XAUI器件等环境中的高速信号。 快速获得结果 由于DPO在更少的时间内收集更多的波形，因此它对示波器用户具有另一个重要意义：它只需几秒、而不是几分钟的时间，就可以累积信息丰富的显示图和深入分析的数据库。它拥有强大的FastAcq采集模式，并采用DPX?采集技术，为把波形带到显示屏上提供了最短、最快速的处理通路。除能够揭示瞬时信息外，DPO还可以几乎瞬间建立眼图、极坐标图、星座图和相关数据库。正是认识到DPO杰出的吞吐量所具有的重要意义，数字显示器工作小组(负责指导数字视频接口DVI标准)等行业委员会已经把DPO和FastAcq模式作为一致性测试的标准。对需要最详细地捕获复杂的信号、甚至捕获眼图(包括畸变)的工程师，FastAcq模式提供了一个强大的工具。 第二种采集模式称为WfmDB，生成与波形参数有关的连续数据库。WfmDB模式是为最大限度地提高高速眼图的测量和分析吞吐量而设计的，可以迅速累积“一批”采集信息，然后处理这些信息，最大限度地降低处理时间。它可以配置成采集预定数量的波形，这些波形是在许多次采集中汇聚在一起的。在选择这种模式时，将出现一个“Samples”(“样点”)菜单选项，用户可以设置数据库中保存的信息比例，而不是显示的采集数量。根据经验，最好在分析中使用WfmDB模式，而在检修和测量中使用FastAcq模式。 DPO推进余辉模式 多年来，示波器一直包括一种显示功能，称为余辉模式。这种模式最初源自模拟示波器。在轨迹通过之后，显示器的荧光会保留波形轨迹图像一段时间，从而可以更紧密地详细考察信号细节。 DSO通过后处理捕获的波形，仿真余辉模式。但是，DSO的余辉存在着局限性, 在前面讨论中提到, 它只能显示从采集频次较低的捕获中得到的信息。显示中不能揭示实时的细节，它可能会漏掉DSO在处理和显示格式化期间所发生的间歇性事件。 DPX?采集技术和余辉模式并不是一回事，尽管基本DPO显示模式实时提供了许多与余辉类似的优点。强度渐变(有时称为灰度)通过把数千次采集结果重叠到每次屏幕更新中实现，而不要求耗费大量时间累积波形图像。即便如此，DPO也包括余辉模式。DPO非常高的波形捕获速率最大限度地提高了检测到瞬时信号细节的可能，同时可以使用余辉模式，在屏幕上保留这些细节，以进行分析。 高速信号面临的测量挑战 对处理高速信号的设计人员，最新的测量挑战源自于大家已经熟悉的发展趋势：数据和边沿速率越来越快、定时容限越来越窄。与其它采集工具相比，采用DPX的DPO(如泰克新推出的TDS/CSA7000/B系列)提供了明显多得多的波形细节及更高的测量和分析吞吐量，可以简单、快速地检验、调试、检定和测试复杂的高速设计。通过这种优秀的测试工具，设计人员可以推进总线设计，满足紧密的时间表要求，或迅速解决棘手的系统检修问题。 新型示波器推进触发技术发展 数字系统结构的不断发展，促进了示波器触发功能的同等改进需求，以提供足够快速的触发速度，来捕获当前快速的数据速率上的各种事件。泰克TDS家族示波器一直因广泛并灵活的一系列触发解决方案而闻名。其新推出的TDS7000B/CSA7000B系列示波器提供了一种强大的新型触发系统，满足了尖端数字系统和串行总线不断提高的复杂性，并实现了超低的触发抖动和杰出的精度。 新推出的TDS7000B/CSA7000B示波器的触发功能建基于专用的触发IC，提供了先进的灵活性和性能。作为世界上第一个硅锗 (SiGe)触发器件，这种功能对于高速计算和通信设备中精确的定时和幅度最为敏感。这些新型触发功能提供了快速可靠的结果，可以应对高速一致性测试和检修测量中的挑战。 满足复杂的数字需求 大多数传统触发模式针对一种条件监测输入信号，可能会产生数量庞大的数据，分析这些数据可能非常困难、需要耗费大量的时间。当前的复杂数字协议和同步结构通常需要在满足多种逻辑和定时的条件后，才继续某种处理的操作。 新推出的TDS7000B/CSA7000B示波器满足了这一要求，可以执行条件触发，采集更加有限但却高度相关的数据集，明显减小了因查看大量不相关数据所花的时间, 简化了评估和检修的工作。触发系统可以同时在其它条件下评估事件，例如，只在其它信号处于某种状态时，才会对建立时间和保持时间超限等事件作出反应。即使传统边沿检测触发，在TDS7000B/CSA7000B系列中也有了进一步发展。现在，它可以把仪器设置成在信号的上升沿和下降沿上触发，确定哪种触发能够更好地检测状态不确定的事件。 这些新的触发功能增强了示波器已经非常强健的、可以广泛选择的触发模式，包括超过门限的简单检测器，以至能够定义当事件“A”出现时、才开始检测事件“B”的顺序触发器。另外，如果信号在用户选择的时间内离开指定的“窗口”，也可以触发示波器。 保证高速测量的置信度 眼图和抖动测量是一致性测试的基石，触发抖动影响着眼图和抖动测量的精度。为在测量工作速率超过2.5 Gb/s的器件时能够提供可靠的测量结果，示波器必须提供非常稳定的低抖动触发功能。TDS7000B/CSA7000B系列的触发系统提供了超低的触发抖动，可以低达1.0 ps RMS，可以支持高置信度的眼图；触发抖动对眼图闭合的影响将达到了绝对的最低值。 隔离毛刺 随着边沿速度提高及互连阻抗降低，信号完整性问题(如电感性串扰)可能会成为主要的问题。在极高的数据速率上，有时不可能看到毛刺，因为它简单地出现在示波器所显示的有效的数据脉冲当中。快速采集(FastAcq)模式采用独有的DPX?采集技术，可以确认毛刺是否存在。TDS7000B/CSA7000B系列强大的基于SiGe的触发系统可以检测难以捕捉的事件，如宽110 ps的事件，从而可以简便地捕获某些高速设计面临的棘手的窄毛刺。触发重新装备时间(250 ps)也非常短，可以协助捕获迅速连续出现的事件。触发器不仅能检测微小的瞬时脉冲，而且它能迅速重新装备，保证不会漏掉下一个脉冲。此外，触发器提供了判定参数，可以简便地检测那些可能影响电路操作的毛刺。 捕获建立时间和保持时间超限 对处理XAUI、PCI Express和10 GB以太网等数字结构的设计人员，最新的测量挑战源自于人们已经熟悉的发展趋势：数据和边沿速率越来越快、定时容限越来越窄。这已经是老生常谈的问题。但是，最新一轮的发展已经超出某种极限，使得许多测量工具很难跟上目标应用的性能发展步伐。 例如，使用双倍、四倍、甚至八倍速率数据传送的源同步总线拥有非常窄的建立时间和保持时间。边沿(转换)速率有时不到100 ps，在关键测量中累积的抖动容限在单位数皮秒的范围内。所有这些测量要求都迫使工程师寻找新的解决方案。 TDS7000B/CSA7000B示波器可以检测最低360 ps的建立时间/保持时间超限，可以简便地揭示其它工具会漏掉的错误。 应对各种标准的挑战 许多高速串行通信设备依赖嵌入式时钟进行定时和同步。在一致性测试和检修过程中，测量系统必须能够模拟接收机中的时钟恢复功能，以生成丰富、完整的眼图。输出成为与采集同步的时钟信号。 TDS7000B/CSA7000B系列提供了业内第一个内置的、连续变化的(1.5 Mb/s-3.125 Gb/s)硬件时钟恢复电路，提供了基于软件的功能的所有灵活性。但是，由于它是硬件实现方案，因此可以最紧密地接近实际环境中接收机的效应。与数据接收机一样，它实时从数据中恢复时钟，而不需进一步处理。TDS7000B/CSA7000B系列除了提供这种新型的硬件时钟恢复功能，还内置了软件恢复功能，涵盖了业内范围最广泛的各种串行标准。 为分析和存档测量结果提供多种选择 与TDS高性能家族中的其它系列产品一样， TDS7000B和CSA7000B系列示波器在一个自含式系统中同时包括示波器和PC，在硬件和软件方面实现了全面集成。示波器波形显示屏可以与Windows程序一起使用，同时出现在示波器屏幕上。测量功能和计算功能之间的协同，使得OpenChoice? 连接功能成为可能，它能够以前所未有的方式使用分析工具、程序开发工具和通信工具。 示波器系统的嵌入式PCI总线允许把波形数据从采集程序直接传送到Windows桌面上的分析程序中，其速度要比传统GPIB传送快得多。同时，OpenChoice提供了完善的软件基础设施，可以无缝地集成业内最广泛的第三方分析程序，如MATLAB和LabVIEW。Excel 和 Word工具条等数据传送工具明显简化了本地Windows桌面或外部PC上的分析和存档任务。 OpenChoice系列工具中包括各种业内标准协议，如TekVISA和ActiveX控件。用户可以创建或增强数据分析和存档使用的Windows程序。例如，通过电子表格程序中内嵌的按钮，可以激活测量，把结果直接发送到文件的单元格中。类似地，新的报告生成器以Windows程序的模式运行，使用直接从采集系统中获得的数据，生成定制的报告。 自带的软件开发人员工具箱(SDK)可以帮助工发人员创建定制程序，在Visual BASIC, C, C++, MATLAB和National Instruments LabVIEW等工具基础上，自动完成多个步骤的波形采集和分析过程。 它带有一套业内标准可互换虚拟仪器 (IVI) 驱动程序，为泰克高性能示波器家族的每款产品提供了统一的编程环境。OpenChoice功能中还包括标准的即插即用(PnP)驱动程序。除这些驱动程序外，LabVIEW用户可以使用LabVIEW VI的调色板，简化在泰克开放的Windows示波器中使用LabVIEW程序的工作。通过这些驱动程序和其它工具，示波器和LabVIEW之间及与外置PC上运行的LabWindows程序之间的通信，可以通过GPIB或局域网连接。UNIX程序和其它局域网资源可以使用自带的VXI 11.2服务器，直接连接到装有OpenChoice的TDS示波器上。 通过OpenChoice结构，可以把业内最先进的测量系统与经过验证的、用户熟悉的软件工具放在一起，作一个集成解决方案使用，并利用TDS7000B/CSA7000B系列新型测量/计算结构的全部优势。

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    摘要：根据当前虚拟仪器技术网络化的需求，提出了一种利用Labwindows/CVI多线程技术、 ActiveX、DCOM技术(分布式COM)和SBS实时光网开发网络化虚拟示波器的实现方法，该方法在工程实践中得到了很好的应用，并为今后搭建实时虚拟仪器测控网络提供了依据。

    关键词：Labwindows/CVI；SBS实时光网；多线程；ActiveX；DCOM；虚拟仪器

    随着计算机软硬件技术不断发展与提高，虚拟仪器技术已成为当前测控领域内的关键性技术。在远程测控与仿真方面，虚拟仪器网络化，已成为急待解决的问题。通过利用SBS实时光网、虚拟仪器技术、ActiveX技术以及DCOM技术，实现了网络化虚拟示波器，从而使远程测控、数据共享成为了现实。

    网络虚拟示波器系统设计

    网络虚拟示波器系统总体上可分为两部分：数据采集网络、虚拟示波器。数据采集网络负责远程数据信息的采集和远程控制指令传送。虚拟示波器则通过数据网络将所获取的远程数据信息动态显示、存储。网络虚拟示波器系统总体结构框架如图1所示。

    图1 网络虚拟示波器系统结构

    由图可知，数据采集网络由远程信息数据源、数据源控制中心两部分组成。其中，远程信息数据源，通过 SBS实时光网，接收来自远程设备终端的数据，并将这些数据按照一定的规则整合成一数据流，发送给数据源控制中心。数据源控制中心，实质是一台大型服务器，其主要职能是接收来自远程信息数据源的数据，同时，还可将这些数据通过实时光网或以太网向其余数据信息处理终端进行发送，并将数据分析中心发出的远程控制指令发送给各远程设备终端。此外，该数据源控制中心，也可将各客户终端数据分析处理结果，发布到整个网络上，从而实现整个网络的数据信息资源共享。这对于复杂系统远程测控是十分重要的，它可以将生成复杂系统的繁琐控制指令分解给各客户终端来完成，实现控制指令的并行生成，使得复杂系统控制变得迅速、可靠。虚拟示波器作为一个客户终端可直接从数据源控制中心获取数据，完成数据波形信号动态显示、存储的任务。

    数据采集网络系统设计

    出于实时性考虑，数据采集网络采用实时光网进行搭建。SBS实时光网是由美国SBS公司开发的具有星形结构的实时网络。它以光作为信息传输的介质，因而具有极强的实时性。

    SBS 的广播内存是唯一的高性能Hub结构配置的网络，应用于多台计算机实时的、确定的内存共享。广播内存的Hub结构比环形结构(如VMIC)更稳定。一个节点的故障只影响本节点，不影响整个网络，同时，具有较高的网络稳定性、高带宽和非常低的延迟特性。广播内存使网上所有计算机(节点)共享内存 (NetRAM)，每一个节点有它自己的NetRAM的物理备份，节点通过光纤与安装在中心Hub的一个端口卡相连接。写入本地节点卡的数据对Hub是以广播方式传送的并且同时写入所有节点的内存。

    Hub将各种数据流合并到一个能广播传送到所有节点的普通数据流里，广播内存保证数据同时并且按同一顺序到达所有的节点内存。链接传输率高达43MB/s，写延迟是10微秒，在优先权高的节点延迟更小，并且是可预知的。所有的节点能通过“写入 NetRAM”的方式，透明地并确定地广播传送中断、消息或者数据块到其它的节点。通过一个简单的“写入NetRAM”由任何节点传送中断，一个写中断桌面(WIT)控制中断。从本节点的NetRAM备份中读取数据。Hub将分离的数据流从节点卡合并到一个普通数据流里，并同时广播到所有的节点。一个 Hub通过一个背板和端口卡所插的14个槽，支持28个独立的节点。每一个Hub端口卡设有FIFOs，保证单个节点接收的各种数据流合到一个普通数据流里并广播到所有节点时有最大的传输率。背板是一个用于互联很多节点卡的通用链接板，以形成网络。综合的错误监控和纠错特点确保最高的Hub可靠性。数据源控制中心通过该实时数据采集光纤网络与远程终端实现数据的交换和信息的共享。

    虚拟示波器设计

    众所周知，虚拟仪器技术的诞生掀起了仪器仪表开发的一场革命。它将硬件软化，节省了大量硬件研制成本，大大缩短了仪器设备的开发周期。因此，一直受到测控领域人士的青睐。在虚拟示波器的设计中，我们采用Labwindows/CVI 来进行设计与开发。Labwindows/CVI是由美国National Instrument公司(美国国家仪器公司，NI)推出的进行虚拟仪器设计的交互式C语言开发平台。它将功能强大、使用灵活的C语言与用于数据采集分析和现实的测控专业工具有机的结合起来，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统、虚拟仪器等提供了一个理想的软件开发环境。与一般虚拟示波器不同，传统的虚拟示波器数据来源是通过A/D采样而获得的，网络虚拟示波器是通过数据网络来获取数据的，其自身不存在A/D采样波形失真的问题，从而消除了A/D采样对示波器频带造成的瓶颈。根据网络化虚拟示波器的特点，我们设计出了如图2所示的网络虚拟示波器。

    图2 网络虚拟示波器

    在网络虚拟示波器控制程序中，我们使用了多线程技术，以保证波形显示的稳定、可靠。多线程技术是指，将数据获取和波形显示分别在两个不同的线程中进行，即控制程序在一个线程中进行波形显示的同时，在另一线程中进行数据的采集。这样，既保证数据采集的可靠性，又保证了波形显示的真实稳定。需要指出的是，数据采集频率fs直接影响示波器的频带。根据香浓采样定律，网络虚拟示波器的频带应小于fs/2。因而，数据采集频率fs的大小将直接影响到示波器频带的宽窄。此外，为了消除波形显示的闪烁和抖动，我们在控制程序中开辟了两个缓冲区。其目的是在波形显示时，两个缓冲区的数据进行交替显示，这样就消除了波形显示过程中的闪烁和抖动。网络虚拟示波器控制流程如图3所示。

    图3 网络虚拟示波器控制流程

    由图3可知，网络虚拟示波器启动后，首先建立与数据网的连接，随后，获取网络上的数据写入空缓冲区中，同时将写满数据的缓冲区数据显示到示波屏上，如此往复，示波器便会将数据信号源源不断显示出来。如要终止波形显示，则要将网络虚拟示波器与数据网断开，而后关闭网络虚拟示波器即可。当然显示过程中，可以对波形的幅值和相位进行调节，已达到波形最佳观测效果。

    虚拟示波器与数采网络的挂接

    虚拟示波器如何与数据采集网络进行挂接是网络虚拟示波器的一项关键技术。硬件方面，出于强实时性考虑，我们使用SBS实时光网作为它们之间的连接体。当然对于实时性要求不高的其他客户端可通过普通以太网进行连接。软件方面，为了能够从网络获取数据，我们采用了ActiveX和DCOM技术。ActiveX是对开发面向可用于不同软件开发环境下的具有可重用性组件技术的一种统称。DCOM技术是一种分布式COM技术，使用它可以将运行在服务器上的组件，复用在同一网络的客户端。我们利用DCOM技术这一优点，通过运行在数据源控制中心的DCOM服务器应用程序，获取远程信息数据源传来的数据，而后，运行虚拟示波器的客户端，通过运行在其上的ActiveX客户端应用程序获取DCOM服务器上的远程数据，从而，实现虚拟示波器的网络数据获取。利用以上软硬件方面的技术，我们实现了虚拟示波器与数据采集网络的成功挂接。从而实现了网络化虚拟示波器，该网络虚拟示波器成功的应用于某型无人机的地面半实物仿真试验中，为试验数据在线观测、数据回放、存储与分析提供了强有力的支持。图4为试验过程中部分数据曲线观测结果。

    图4 网络虚拟示波器半实物仿真试验数据观测结果

    结语

    我们将网络虚拟示波器成功应用在了远程测控、半实物仿真等方面，这对于需要实现无人值守，全自动化监控的应用领域有着重要的意义。它的出现可以大大提高工业自动化的水平，缩减人员消耗，降低成本，对于工作条件恶劣，工作环境危险的领域实现无人值守，有着重要的应用价值。网络虚拟示波器所取得的成果，可为今后虚拟仪器网络化提供一种极好的工程解决方案。当然，网络虚拟示波器采用SBS实时光网来传送数据，会使组网成本大为提高。今后，我们将在保证网络数据传输实时性前提下，使用普通以太网来组网进行更深入的研究。

    参考文献：

    1. Thuan L Thai：DCOM 入门.中国电力出版社,2001

    2. 张毅刚、乔立岩等.虚拟仪器软件开发环境Lab Windows/CVI6.0编程指南，机械工业出版社,2002年8月

    3. Labwindows/CVI Programmer Reference Manual. National Instruments Co,1998.

    4. SBS公司，实时网络用户使用指南

虚拟数字示波器的设计与实现

摘 要： 结合一个虚拟数字示波器的设计开发，介绍了虚拟仪器的基本组成，并重点介绍了基于图形化编程语言LabVIEW的虚拟仪器编程方法与实现技术。

关键词： 虚拟仪器 数字示波器 LabVIEW

随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器是９０年代提出的新概念。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就象是在使用一台专门设计的电子仪器。

传统台式仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，它有固定的输入／输出接口和仪器操作面板，每种仪器实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。从一般的仪器设计模型看，一种仪器无非是由数据采集、分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块组成的整体。因此，我们可以设想在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件设计实现仪器的全部功能，这就是虚拟仪器设计的核心。与传统仪器相比，虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，生产突破有困难，采用虚拟仪器技术可以通过只采购必要的通用数据采集硬件来设计自己的仪器系统；另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器设计，提供传统台式仪器不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。因此，可以说虚拟仪器代表了未来测量仪器设计发展的方向。

虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以美国国家仪器公司（NI公司）为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。数字示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。下面结合一个虚拟数字示波器的设计开发具体介绍虚拟仪器的基本组成和基于图形化编程语言LabVIEW的虚拟仪器编程方法与实现技术。

１ 虚拟示波器的结构与组成

本虚拟数字示波器主要由一块PCI总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。将它们安装在一台运行Windows95/98/NT的PC机上（建议配置在PENTIUMⅡ／233以上），即构成一个功能强大的可存储数字示波器。该数字示波器操作与显示主面板如图1所示。

1.1 数据采集卡

PCI总线传输速率高数据吞吐量大是今后数据采集板卡设计的主流。本设计采用的PCI－1200数据采集卡是一块性价比较好的产品，支持DMA方式和双缓冲区模式，保证了实时信号不间断采集与存储。它支持单极和双极性模拟信号输入，信号输入范围分别为－5～＋5V和0～10V。提供16路单端／8路差动模拟输入通道、2路独立的DA输出通道、24线的TTL型数字I／O、3个16位的定时计数器等多种功能。这些功能使得我们不仅可以用该卡设计虚拟示波器，也可以设计虚拟函数发生器或虚拟计数器，做到一卡多用。当然，限于经费条件，我们选择的PCI－1200卡的采样速率只能达到100kS／s，对实际示波器而言，这远不能满足信号带宽的要求。目前市场上采样速率达200MS／s的PCI数据采集卡已有成熟产品，技术上实现高带宽的虚拟示波器不存在问题。实际测量时输入信号通过BNC接头从输入端子进入数据采集卡进行采集。

1.2 仪器功能

本虚拟数字示波器设计参考了HP公司的双通道台式数字存储示波器HP54603B的功能，并在仪器分析和处理功能上有所扩展。仪器主要功能包括：双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控制、波形显示、参数自动测量、频谱分析、波形存储和回放等。本虚拟数字示波器还提供网络接口，允许通过TCP／IP协议实现网络仪器共享或远程控制。表1是本虚拟数字示波器与HP54603B的功能对照表。

由表1可以看出，除了由于经费原因使得所选数据采集卡采样速率低于HP54603B外，本虚拟示波器在显示、测量、分析、存储和外部连接等方面的功能都不低于甚至高于HP54603B

２ 软件的设计与实现

2.1 软件开发环境

虚拟数字示波器软件设计采用了先进的图形化编程语言工具LabVIEW 5.1 for Windows98／NT。LabVIEW编程的主要特点就是将虚拟仪器分解为若干基本的功能模块（相当于硬件设计中的集成电路），模块的引脚代表输入／输出接口。编程者可以通过交互式手段，采用图形化框图设计的方法，完成虚拟仪器的逻辑和测量分析功能设计。图2是虚拟数字示波器频谱分析模块程序。

由图2可以看出，LabVIEW程序设计过程与人们设计仪器的思维过程十分相近，程序框图就实现了程序代码功能，避免了一般程序设计从框图构思到程序表示的繁琐。LabVIEW编程的另一个优点是将软件的界面设计与功能设计独立开来，修改人机交互界面无需对整个程序进行调试，这对设计像仪器操作面板这样复杂的人机界面而言是十分方便的。LabVIEW还为用户提供了函数扩展功能，利用LabVIEW中的Code Interface Node（CIN），可以调用用C等传统编程语言写的程序代码；利用LabVIEW中的Call Library Function可以调用标准动态链接库（.DLL）。总之，LabVIEW 作为图形化编程语言环境，为虚拟仪器开发提供了一种快捷、方便和功能强大的软件工具。

2.2 主要功能模块

概括地讲，虚拟示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储和回放等五大模块，其功能结构框图如图3所示。

2.2.1 数据采集模块

数据采集模块主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：

·触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；

·通道选择主要控制单通道或双通道测量；

·时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数（取样数）。

2.2.2 波形显示模块

软件提供了三种波形显示模式：

·A B A＆B模式：通过显示通道选择按键摚翑和摚聰，可以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形；

·X Y模式：当两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示李沙育（Lissajous）图形、测量相位差或频率；

·A＋B A－B模式：当两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示两通道信号代数相加、相减后的波形。

2.2.3 参数测量模块

参数测量模块主要模拟HP54603B的参数测量功能，完成包括Vrms等12个电压参数和频率、周期等7个时间参数的测量并显示其测量结果。

2.2.4 频谱分析模块

频谱分析模块采用快速FFT算法，完成频域信号分析。可实现的频谱分析控制包括：

·Windows选择，提供了9种频谱分析窗口；

·Log／Linear选择，提供了2种坐标显示模式；

·Display Unit选择，提供了8种单位。

2.2.5 数据存储和回放模块

按键撔磁虜控制是否进行数据存储按键摱僚虜控制是否从数据文件中读取数据。主面板提供了两个文件名输入框，前一个为信号波形数据文件名输入框，后一个为采样周期文件名输入框，这两个文件由写盘功能和读盘功能共用。从软盘或硬盘上读取的数据同实时采集的数据一样，能够进行自动参数测量以及显示波形并保留在显示窗口（显示模式可以设置为三种模式中的任意一种），还可以根据需要设置进行频谱分析。

2.3 主要控制结构

2.3.1 测量控制结构

通过逻辑按键“测量”控制是否进行测量；通过逻辑按键“通道”控制通道选择。

2.3.2 自动调整扫描率控制结构

由逻辑按键组“自动”、“手动”来控制是自动调整扫描率还是手动调整扫描率。

2.3.3 正常显示、记忆显示控制结构

由双功能逻辑驱动键“正常/记忆”控制，缺省为正常显示。处于正常状态时，最多只能显示A、B两通道输入的2个信号的波形；处于记忆状态时，最多可以记忆显示A、B两通道输入的17个信号的波形（A通道可记忆显示16组信号数据，B通道只能记忆显示１组信号数据）。在实际应用中，记忆显示功能主要用于测量信号的抖动情况或比较分析两个以上的信号波形。

本文介绍的虚拟数字示波器不仅具有一般台式数字存储示波器的功能，而且充分发挥了微机强大的功能和软件设计的灵活性，主要技术特点表现在：

（1）采用图形化编程语言LabVIEW和面向对象编程技术，软件开发效率高，可操作性和可维护性好；

（2）为数字存储示波器增加了频域分析功能；

（3）充分利用了计算机的存储与外设连接的能力，测量结果和波形可直接打印输出或通过网络共享；

（4）硬件具有开放性，允许通过升级硬件来提高其性能；

（5）在相同硬件条件下，可以通过修改或增加软件模块，形成新的仪器功能。

虚拟仪器设计已经成为测试与仪器技术发展的一个重要方向。随着高速A／D芯片和电路的进一步集成化，可以设想在不远的将来，一台安装有虚拟仪器软件的标准微机成为一个多功能的测量仪器站，从根本上改变目前专用仪器的研制和生产方式，具有广阔的应用前景和巨大的潜在经济效益。

来自中国IC37网

    可选配多达8个输入通道存储深度可达4M 样点探头精度高达0.25% - 这是任何档次DSO所能达到的最高水平混合适配不同的采样率和分辨率差分输入放大器全功能的内置Windows PC，包括USB, 100M局域网口,RS-423,打印口等 包括用户分析的复杂的实时测试直接支持第三方的分析软件包，而且能够直接在SIGMA上运行 Application Library 提供DCOM用户全可编程 高分辨率10.4’触摸显示屏 Intelliprobe 接口实现智能探头标注、量程和探头电源的智能连接直接到磁盘存储选件，能够连续存储，深度至1GS 双显示模式（选件） Synchroscope同步时基选件，提供旋转时基的测试

    完整的解决方案

    Sigma的结构设计强调在不降低示波器性能的同时，使其具有高端PC的性能。不同于传统的基于PC的采集系统被迫去支持那些未知的PC配件，SIGMA的CPU和图像显示单元是为优化处理速度和屏幕刷新率而专门设计的。对PC和外设的特殊措施使它们对总体性能的影响降到最低。我们在设计时对WINDOWS桌面系统的许多细节进行了充分的考虑，现在您就可以用一个承受得起的价格在一个单独的仪器里同时解决您对测试和分析的需要。

    简洁设计

    便携而坚固，SIGMA采用流线型上架式设计（书架上也放得下哦），最大限度地扩充了显示和前面板的空间，同时尽量减小对测试台架空间的占用。传统的前面板控制设计提供了舒适的外观和触感。 为了增加使用的便捷性，集成的触摸屏还提供了所有的示波器功能，如采集，分析和设置。操作示波器，甚至是很多高级功能都无需借助鼠标和键盘就能完成。但是鼠标和键盘提供了另一种无比灵活的操作方式。无论是用触摸屏、鼠标、键盘或前面板，用户界面都是一致的。无需为不同的操作模式学习不同的操作界面。

    全功能的采集

    SIGMA组合了超低噪声和超高精度的放大器， 再配上NICOLET高精度的Intelliprobe探头，您就能在探头端得到0.25%的精度。多种数字转换器的选择使您能根据需求配置合适的示波器：用于物理量、机械量和电力测试的12位高分辨率型，用于数字化电子产品和开关电源应用的200MHZ高带宽型。您甚至能集成高速度和高分辨率于同一台示波器，以应付控制系统和机电一体化系统的测试要求。

    丰富的触发功能

    SIGMA丰富的触发工具能把幅度、时间间隔和连续事件的变化很容易地分离出来。更高级的功能还能让您探测出更难捉摸的故障，如脉冲丢失、多余脉冲等。但是更为重要的是，只有NICOLET能真正提供对触发灵敏度的调整，从而使您在受噪声干扰的信号上也能得到稳定的触发。这意味着您得到了一种始终能够信任的触发。

    灵活的采集存储

    采用少的存储量，其实付出的比省下的还多。如果您不想牺牲水平分辨率，SIGMA的百万字节存储量对捕捉故障或瞬态事件的完整个过程将是至关重要的。8通道90-8型的SIGMA还具有独特的双时基功能，它使采样通道可以不同的速率采集，以最大程度地利用储存空间。

    SIGMA的连续记录

    对那些快速爆发事件，SIGMA的内存分段功能可以使多至2000个触发段在快速的连续过程中被捕捉到，并打上时标，而且相邻的触发采集段间几乎不需要恢复时间。

    直接写盘的大容量储存

    所有型号的SIGMA都可选直接写盘功能，这大幅提升了传统数字示波器的存储量。波形可以最高200KS/s的总速度被连续地记录到SIGMA内置硬盘。记录长度可高达10亿个样点（1GS）。专利的StatStream技术能够即时显示和分析超长记录。利用SIGMA丰富的分析软件，您可以在网络中任何安装Nicolet数据回放软件的计算机上对存储的数据进行回放和分析。 是否疑问一个触发事件能产生什么效果？SIGMA的全硬盘预触发功能将整个硬盘当作一个数据缓存，连续对一个触发进行监视。当收到一个触发时，整个预触发数据将被自动存储下来。

    无法比拟的分析功能

    尽管数字存储示波器已经有了很多改进，大多数数字示波器还是继续将注意力放在数据的采集和显示。实际的数字示波器分析功能仍然相对简单，仅仅包括一些基本的参数运算。范围更广的分析往往需要异常繁琐的文件转换和到其他软件的数据传输。

    灵活的实时分析

    使用Sigma，采集到的数据可以直接用任何实时函数的组合进行分析。高度客户化的分析可用Sigma的公式编辑器定义，结果既可以表示为波形（FFT、积分、＋、-、×、÷、滤波）也可以显示为单个数值如最小值、峰峰值、占空比或有效值。公式可叠加起来进行更为复杂的按照触发启动的实时运算。

    基于Windows的分析和报告生成

    如果您要做报告或打印结果，数据还可自动被转换成多种格式，如MS WORD或Nicolet自己的ProView或imPRESSion，它们都提供客户化的报告模板。由于Sigma本身还是一台全功能的PC，数据和报告能通过网络或Modem传送到任何地方。还有什么比这更简单的？数据还能被立即传送到多数常见的Windows分析软件包，如Excel、MATLAB、DIA-DEM、DADiSP等。您既可以在Sigma上运行自己所喜欢的程序进行分析，也可通过网络（有线的或无线的）从任何地方访问这些数据文件。

    先进的显示功能

    宽大的高分辨率触摸屏提供了多种显示选项，并为仪器当前情况的显示提供了足够的空间。多达8个显示窗口可同时打开，每个窗口又可显示多条曲线。主显示、细化显示还有用户自定义的数学运算波形可以被单独显示，并按照用户的工程单位调整显示比例。然后还可保存为PDF格式或通过按钮打印到任何Windows支持的打印机。

    方便的连接

    WINDOWS工作站的真正威力是易于连接。SIGMA结合了最新的有关连接功能：高速的基于WINDOWS的局域网连接 USB2.0接口，使得方便连接各种外接存储设备成为可能，同时也可接键盘与鼠标。

来自中国IC37网

    当前所有高速实时数字示波器都采用了各种形式的数字信号处理技术(DSP)。某些工程师担心使用软件对采集来的数据波形滤波可能会与实际的信号有出入。但是，示波器捕获的原始波形未必表示的是实际输入信号，示波器捕获的“原始”波形数据中包括了失真的结果，这是由示波器的前端硬件滤波器造成的。在理想情况下，实时示波器拥有无限快的采样速率、完美的平坦频响、线性相位响应、没有底噪声及带宽高。但在实际环境中，示波器具有硬件限制，这种限制产生了误差。DSP滤波技术最终可以在一定程度上校正硬件导致的误差，改善测量精度，增强显示质量。

    当前性能较高的实时示波器中常用的DSP滤波技术有以下五种：

    每种滤波器特点都可以在用有限脉冲响应(FIR)软件滤波器实现。本文介绍了不同DSP滤波器的用途，以及相关的优点和缺点。本文没有提供实现各种DSP滤波器的实际软件有关的信息。

    用于波形重建的DSP滤波技术

    波形重建滤波用来在两个实际数据采样点之间“插入”数学运算点。插入的数据点可提高较快时基下的波形测量精度和使波形更接近真实。等效/重复采样，也是一种透过插入点的方法实现的波形重建技术，但它的应用场合有限，仅对严格重复的波形有效；对信号实时变化的应用场合，不能使用等效采样。必须在一次采集完成一个完整的波形捕获，因此只能选择软件的方法重建波形。

    最简单的波形重建，采用线性插补滤波器。尽管这类滤波器将改善测量分辨率、精度和显示质量，但更精确的内插技术是sin(x)/x 波形内差滤波技术，这是一种对称滤波器。图1是使用线性内差 (顶部的蓝色曲线)和sin(x)/x 内差 (底部的黄色曲线)的3GHz正弦波实例。通过线性内差，我们可以清楚地看到这一使用20 G 样点每秒采样的示波器，得到的样点间隔为50 ps。

    图1:线性内差 与 正弦内差

    Sin(x)/x内插滤波虽然是更精确地表示输入信号的方法，但有一些问题要注意。首先，为使sin(x)/x 内插滤波绝对精确，示波器的采样率要保证能处理任何低于Nyquist频率 (fN)的频率成分。Nyquist频率定义为取样频率(fS)的?。对可以以20 GSa/s速率采样的示波器，Nyquist频率是10 GHz。为提供最大带宽、同时保证能将10 GHz以上的频率完全滤掉，在理论上，示波器必须有一个10 GHz或10GHz以下的硬件“砖墙式滤波器”。遗憾的是，砖墙滤波器在物理上是不能通过硬件实现的。图2中的红色曲线(顶部)表示砖墙滤波器的特点，Nyquist频率以下的所有频率成分都完全通过，Nyquist频率之上的所有频率成分都完全被滤掉。

    图2: 各种硬件滤波器的频率响应

    过去，带宽较低的示波器一般具有高斯类型的滚降特点，如图2中的绿色曲线(底部)所示。如果您使用这种高斯类型的低速滚降滤波器处理速度非常快的信号，由于高于–3dB带宽的信号很多，超过Nyquist频率之上的频率成分(在本图中用阴影区域表示)会出现混叠现象。如果被测对象基波频率接近或超过Nyquist频率，混叠会使得显示的周期性波形看上去会像没有触发一样，波形的测量误差会呈几何级数增长。在输入信号的基波频率低于Nyquist频率，但信号谐波高于Nyquist频率时，您可能会在示波器显示屏上看到边沿“摇摆”的波形。为此，安捷伦在传统上一直把具有高斯滚降特点、带宽较低的实时示波器的带宽限定为取样速率的?，也就是Nyquist频率的? ，目的是滤除高于Nyquist的谐波成分。

    对某些带宽在2 GHz - 6 GHz之间的带宽较高的实时示波器，硬件滚降特点开始接近理论砖墙滤波器。在大多数示波器测量中，这是一种希望实现的特点。这类硬件滤波器称为高阶最大平坦滤波器，如图2中的蓝色曲线(中间)所示。通过这类硬件滤波器，大多数带内频率以最小衰减传送，而大多数带外频率则被明显衰减。在高阶最大平坦响应时，示波器带宽开始接近Nyquist极限。安捷伦建议对具有高阶最大平坦响应的示波器，示波器带宽应限定在不大于取样速率的0.4倍。换句话说，为保证使用sin(x)/x滤波的波形重建技术的有效性和精确性，以20 GSa/s速率取样的示波器的带宽不得超过8 GHz。

    在示波器中采用sin(x)/x 软件内插滤波器有什么缺点呢？如果输入信号在前期有频段限制，或如果示波器的硬件适当地限制了Nyquist频率之上的取样频率成分，那么其问题可以降到最小。但是如果输入信号具有超过系统带宽的明显高的频率成分，那么sin(x)/x滤波技术的问题之一是对重建的波形可能会出现软件生成的下冲和过冲，这种影响在本质上是一种Gibbs现象。软件生成的过冲通常隐藏在实际输入信号中固有的过冲及示波器的硬件滤波技术所产生的过冲中。由于下冲通常在信号中实际并不存在，因此示波器用户通常会怀疑sin(x)/x滤波技术的有效性。但在测量带外信号时，与未校正的硬件导致的误差相比，软件导致的误差(如下冲)可能只是小巫见大巫。

    记住，测量带外信号意味着您正在试图捕获频率成分超过示波器指定带宽功能的信号，因此测得结果中可能包括由于硬件限制导致的明显误差成分。例如，如果您试图测量边沿速率为20 ps (10% - 90%)的输入信号，6 GHz示波器会产生70 ps左右的测量结果(10% - 90%)， 250%的测量误差。尽管软件滤波产生的下冲和过冲可能会扰乱视觉，但与硬件导致的过冲及经常被忽视的边沿速率测量误差相比，这些现象只是很小的误差来源。

    为降低软件导致的下冲，示波器设计人员可以采用sin(x)/x 内插滤波技术，而不校正采集的带外波形的相位，结果是滤波后的波形有很大的过冲和很小的下冲时，尽管这感觉可能比较舒服，但幅度测量和边沿速率测量的精度会恶化。因此，就快速上升沿和下降沿的测量而言，使用线性相位校正的DSP滤波技术的测量结果最为精确。(本文后面将更详细地讨论相位校正滤波技术。)

    最好的方法是尽力忽略下冲现象，把快速边沿脉冲开始前的这种“摆动”看作实时示波器采用正确DSP滤波器的一种标志，这种技术可以最精确地表示带外信号的整体特点。也可以把下冲信号看成一种标志，表明您应该使用更高带宽的实时示波器，或者使用高带宽取样示波器，如Agilent 86100C。如果不可能进行重复取样，而且合适的高带宽实时示波器尚未面世，那么您可能必需接受，实时测量结果是当前实时取样和滤波技术所能实现的最好结果。

    如前所述，sin(x)/x DSP滤波会明显改善测量分辨率和精度，使其远远高于实时取样间隔 (1/取样速率)。通过安捷伦20 GSa/s 54855A示波器，在单次采集中使用sin(x)/x滤波时，增量时间测量精度可以改进到+/-7 ps (峰值)。在某些情况下，使用sin(x)/x滤波技术会影响吞吐量，换句话说，滤波器导致示波器显示屏更新速度太慢。但是，由于使用sin(x)/x滤波可以增强精度，因此所有缺点显得都不那么重要。

    目前，所有主要实时示波器厂商都允许用户决定是否使用sin(x)/x滤波技�