【虹科分享】虹科数字化仪如何实现示波器功能？

 

 HongKe  

 

图1：虹科Spectrum的PCIe和LXI数字化仪集成了必要的软硬件功能来实现示波功能。

 

“什么时候可以将数字化仪用作示波器，示波器数字化仪和非示波器数字化仪有什么区别？”
 

 

这是个有趣且实用的问题，让我们先来看看示波器的定义——一款用来测量变化电压的电子器具，它获取一系列电压波形并在屏幕上演示出来。
 

 

带有合适软件的数字化仪可以实现示波器的功能，它可以获取电压信号波形并显示在屏幕上。大的不同是示波器通常为带有单独显示屏的单机设备，而数字化仪是个系统组件，采集和存储电压波形并带有辅助软件，并通过辅助软件在屏幕上显示该数据。所以答案：虹科数字化仪可以像示波器一样使用。

 

这又产生了两个问题。1、为什么要用虹科数字化仪来代替示波器？2、虹科数字化仪的哪些特点使其能够代替示波器？

 

 

 NO.1    为什么要用数字化仪来代替示波器？

 

（1）虹科数字化仪可以支持更多的输入通道。

频谱数字化仪单个数字化仪卡可提供多达16个通道，当通过Star-Hub连接多达16个卡时，则共提供多达256个通道。与示波器相比，这是一个主要优势，示波器通常限制为每台仪器少于8个通道。

 

（2）虹科数字化仪还提供具有更小外形尺寸的多个通道。

虹科Spectrum 8通道数字化仪与8通道示波器相比可看出数字转换器卡非常小，可以直接插入大多数现代PC中的空置PCle插槽。除此之外，它们在相同数量的通道下功耗要低得多。

 

（3）虹科数字化仪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，而数字化仪提供8到16位的分辨率。请记住，分辨率取决于带宽，因此在对比的时候必须选择具有相同带宽的仪器。

 

（4）如果您需要将高吞吐量的数据传到PC进行处理，那么数字化仪是最佳选择。

虹科 Spectrum M4i数字化仪可以通过PCle总线以高达3.4GB/s的速度传输数据，而独立示波器通常使用速度慢得多的接口，如USB或LAN。这使得来自数字化仪的数据比来自示波器的数据快几个数量级。因此，需要进行定制信号处理和数据分析时，数字化仪无疑是最好的选择。

 

（5）虹科数字化仪适用于远程测量。

另一个问题是您是否需要远程进行测量。虹科Spectrum的digitizerNETBOX基于网络提供LXI控制和数据传输功能，因此数字化仪可以放置在距离测量位置很远的地方。如果您需要从安全控制室、办公室甚至公司LAN上的其他位置查看数据和控制仪器，这是理想的选择。

 

（6）虹科数字化仪是可扩展的系统组件。

虹科数字化仪可轻易增加通道数量和加强数字化系统配置，可更改或增加板卡的数量，更改可用带宽，采样率，记录长度。相比之下，示波器是一种具有相对固定配置的工具。

 

表1比较了虹科数字化仪和示波器的优势：

 

 NO.2   虹科数字化仪的哪些特点使其能够代替示波器？

 

数字化仪型号和配置多达数百种，在确定了通道数和带宽的基本问题之后，您还需要考虑几件事情。

 

（1）采样率：

采样率是固定的还是可选的？示波器的采样率是可选的，能够观测不同频率的信号。当选择数字化仪代替示波器时，数字化仪也应具备与示波器相同的特征。通常，采样率应为带有快速边沿的精确数字化波形带宽的4到5倍。虹科数字化仪提供可编程的锁相环（PLL）。此外，当需要利用其他的信号源驱动或同步采样率时，可使用外部时钟或外部比较时钟。

 

（2）采集内存

在不降低采样率的情况下，采集通道内存决定了长记录时间，如虹科M4i系列数字化仪多可提供4GSamples的标准内存。这大约是一个高端示波器最大内存的4倍。实际上，这意味着数字化仪在不降低采样率的条件下记录更长的波形，因此也不会导致降低宝贵的时间分辨率。

 

（3）灵活的前端配置

将数字化仪当做示波器使用也需要有个可变的前端配置。Spectrum的M4i.44xx系列14位、16位数字化仪可提供50欧姆和1欧姆的带缓冲输入和50欧姆信号完全输入路径。两种路径都提供像示波器那样的多种输入范围。

 

（4）多种采集模式

示波器提供实时、分段采集模式。顺序模式能够分段使用采集内存，并且多个事件能被捕获，同时降低采集的停滞时间（每个事件之间的重启时间）。虹科数字化仪能够提供多种不同的采集模式。M4i系列数字化仪可提供环形缓冲模式（类似于示波器的实时采集）、FIFO或数据流模式、多倍记录模式（分段模式)、门控采样和ABA模式。多采集模式的特点是实现一个快速的重启时间。Spectrum M4i.22xx 8位数字化仪重启时间只有80个采样间隔（i.e.16ns在5GS/s时），这比大多数示波器的1us重新准备时间要短得多。这些不同的采样模式能够使用户在不同的应用时通过配置数字化仪来充分利用采样内存。

 

触发将数据采集与外部事件同步，有效使用虹科数字化仪需要设备触发具有极大的灵活性。基于斜率和信号电平的简单边沿触发是大多数数字化仪的标准方式，也有一些是门触发模式。触发源包括采集通道和多种外部触发输入。理论上，将为灵活的输入触发方式与极短的重启时间结合到一起，将会产生优的触发状态。

 

虹科数字化仪的主要优势之一是能够将数据快速传输到计算机进行分析和处理的能力。虹科Spectrum数字化仪采用FIFO模式（数据流模式），实现数字化仪缓冲内存和PC内存之间的连续数据传输。使用 PCI Express x8Gen2接口数据流传输速度高达3.4GB/s。大多数使用LXI或USB接口的示波器将数据传输到计算机的速度要慢得多。将数字化仪的数据流能力与快速数据存储系统（如基于RAID的磁盘驱动器单元)相结合，使数字化仪非常适合存储长时不间断波形记录的工程，系统能够轻松实现数小时甚至数天的连续记录。

 

 NO.3   SBench6

 

数字化仪是“盲”仪器，没有集成显示器来查看、测量或分析它们收集的数据，这些功能通常由PC执行。虹科 Spectrum提供了一个功能齐全的软件——SBench6。该软件具有控制数字化仪和查看采集波形的功能。它可以执行简单或复杂的测量，并提供多种分析工具。SBench6支持包括digitizerNETBOX在内的所有虹科 Spectrum数字化仪系列，是一款功能强大的应用程序，可直接用于验证数字化仪的操作。它还允许用户在开发他们的定制软件的过程中确认数字化仪的操作，同时可以作为一个离线站来查看和分析数据。SBench6提供显示、控制、测量和分析功能，使数字化仪可以像示波器一样操作。图2显示了SBench6软件在对数字化仪控制、采集、查看、测量和分析数据方面的多功能性。

 

图2：虹科 Spectrum的 SBench6软件使得数字化仪可以像示波器一样操作，以控制、采集、查看、测量和分析波形。

 

在图2中，两个通道的数据被采集并显示在右下方的网格中。该迹线的水平扩展显示在下部中间网格中。左上角的网格包含这两个信号的XY图。左下方的网格包含组成通道1上信号的14位数字显示。来自通道1的信号的快速傅立叶变换(FFT)显示在右上方的网格中，而上方中间的网格包含通道1的直方图相同的信号。可以看出，将虹科数字化仪与 SBench6结合使用可提供示波器的所有显示和分析功能。

 

SBench6还提供光标（每个显示网格有两个）和测量参数。光标显示在FFT显示屏上，测量5和15MHz处谱线的幅度和频率。光标读数出现在与FFT显示相关图形的左侧信息窗格中。21个测量参数中的峰峰值幅度、有效(rms)幅度和频率也显示在与通道Al-Ch0关联的信息窗格中。SBench6中的分析工具包括平均、波形算术、快速傅里叶变换、直方图、滤波以及模拟和数字域之间的转换。

 

 

 NO.4    使用虹科数字化仪代替示波器的实际测量

 

图3：在示例中，使用所有三相电压和三相电流计算相功率。
 

 

在图3中，我们显示了WYE连接负载（其中我们可以访问相电压和线电压）。将每相电压乘以其相关的相电流，结果就是每相的瞬时功率。瞬时功率的平均值是有功功率分量。所有三相功率读数的总和是负载的总有功功率。

 

这种测量称为三瓦表功率测量。为了使用外部差分探头测量电压来进行这种测量，需要六个通道。如果使用单端探头，则通道数增加到九个。能够在单个数字化仪卡中指定多达16个通道的灵活性是此类测量的主要优势。

 

相电压显示在图3的顶行，相电流显示在中间行。使用模拟计算将每个波形相乘得到的相功率出现在底行。所有三相功率波形的总和与模拟总和，出现在最左侧标有“总功率”的网格中。请注意，总功率是相对恒定的。左侧信息窗格中显示的参数读取各个相功率波形的平均值以及总功率。三相功率测量的平均值之和等于平均总功率。总功率的测量结果为850.9瓦。

 

HongKe 

 

这些示例展示了虹科 Spectrum数字化仪与 SBench6软件结合能够具有像示波器一样强大的测量功能。虹科数字化仪的以下优势，将更好地代替示波器成为您的理想选择：

▲更大的最大通道数。

▲每个通道的成本和功耗更低。

▲相应带宽下的幅度分辨率更高。

▲更高的数据吞吐量，实现更快的自动化测量。

▲相同数量的通道体积更小。

▲轻松遥控。

▲定制软件和对现成分析工具的访问。

▲模块化和可扩展性。

 

 

虹科测试测量团队

虹科是在各细分专业技术领域内的资源整合及技术服务落地供应商。在测试测量行业经验超过17年的高科技公司，虹科与世界知名的测量行业巨头公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供领域内顶尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平台的多种功能模块，以及自动化测试软件平台和测试系统，通用台式信号源设备，高速数字化仪，EMC和射频测试方案等。事业部目前已经提供覆盖半导体、3C、汽车行业的超过25个大型和超大型自研系统项目。我们的解决方案已在汽车电子、半导体、通信、航空航天、军工等多个行业得到验证。此外，我们积极参与半导体、汽车测试等行业协会的工作，为推广先进技术的普及做出了重要贡献。至今，虹科已经先后为全国用户提供了100+不同的解决方案和项目，并且获得了行业内用户极好口碑。