为什么收购内存很重要
文章：Arthur Pini
采集内存长度并不是一个主要的规范，但它确实极大地影响带宽和采样率。
数字化仪和示波器最重要的规格是带宽和采样率。采集内存长度并不是一个主要的规范，但它确实极大地影响带宽和采样率。
数字化仪器，包括数字化仪和示波器，捕获数据并将其存储在仪器的采集存储器中。该存储器位于仪器数字化器的后面，并以数字化速率运行。采集存储器的大小影响仪器的采样率、最大记录长度和处理速度。设置内存的大小代表了一个总是存在的工程权衡。
从基础开始，示波器或数字化仪的最大采样率必须大于仪器模拟带宽的2倍。这是适用于所有数字化仪器的奈奎斯特标准的声明。由于前端频率响应通常有一个有限的滚转，采样率被设置为高于名义带宽的两倍，以最小化这些潜在的带外信号的混叠。通常，数字化仪器使用的最小采样率与带宽比至少为2.5:1。
采集记录的长度，即采集信号的持续时间，与所使用的采集存储器的长度成正比，可以用以下公式表示:
T矩形= N * t年代= N / f年代
在哪里：
T矩形为采集信号的持续时间，单位为秒，
N为样本中获取记忆的长度(S)，
t年代采样周期是否以秒为单位(s/ s)
f年代为采样速率，采样周期的倒数，单位为采样每秒(S/ S)。
获取的持续时间等于乘以采样周期的内存样本或点的数量，或者除以采样率。
大多数示波器中的采集存储器可用于倍数为1,2,2.5和5;这些设置与互补可用的采样率相结合，每个分割设置的时间是1,2和5的倍数。目的是通过计算粗略分区并通过易于计算来乘以乘以屏幕上的时间测量因素。
由于通过增加示波器的每个划分设置时间来增加采集时间，因此添加了更多的存储器，并且采集和持续时间成比例地增加。当内存长度达到其最大限制时，增加记录长度的唯一方法是降低样品速率，如图所示图1．
图1这张图显示了采样率作为每次除法时间设置的函数，最大内存长度作为参数。
从图中可以看出，对于一个最大采样速率为10 GS/s的设备，增加每分区设置的时间，保持采样速率在其最大值，直到达到最大采集存储器。进一步增加每次划分的时间设置会导致采样率下降。图中显示了最大内存长度为50 MS、5 MS和500 kS的情况。很明显，值得注意的是，随着获取时间的增加，可用的获取内存越多，保持最大采样率的时间就越长。
一旦采样率开始下降，用户必须意识到仪器的有效带宽。数字化仪器的有效带宽小于模拟带宽或采样率的一半。因此，采样率为1 GS/s的1ghz示波器的有效带宽为500 MHz。任何超过500千赫的信号成分都将被混叠。还要记住，仪器的时间分辨率现在降低了。如果你想精确地测量与时间相关的参数，比如下落时间，精确度就会受到影响。如果在测边上只有几个样本，那么测边的斜率就很难定义。
让我们看一个例子，看看如何通过设置内存使用来最大化采样率来改进度量。设置一个最大采样率为10gs /s的示波器，采集多个UART信号包，如图所示图2．
图2采集UART信号的三个包，记录长度为10ms。游标读取包间间隔为43.8 s，包长为2ms。在这个每分割10毫秒的时间基设置下，采样率下降到100毫秒/秒。
示波器时位，设置为10 ms /划分，使用10 ms内存，采样率已减少到100 ms / s。此设置的有效带宽是采样率或50 MHz的一半。
注意，大多数波形都被包间的死区时间占用了。提高采样率的一种方法是消除包间死时间，这可以通过在序列模式下获取信号来实现。这将对获取内存进行分段并仅捕获数据包，从而消除了大部分死时间并减少了内存使用量。将示波器设置为顺序模式，并使用相同的2.5 ms总存储器捕获三个5 ms持续时间的片段，如图所示图3．将内存长度减小到2.5 MS的效果是将采样率从100 MS/s提高到500 MS/s。
图3采用顺序采集方式，减少内存占用，提高采样率。采样率提高到500 MS/s。
由于信号的带宽约为14 MHz，因此在任意采样率下信号的差异似乎都很小，但如果我们观察信号下降时间的测量，就会有更明显的差异(图4）。
下降时间以抽样率测量。在100 ms / s处获得的波形在边缘上有大约六个样本，而在500 ms / s以500 ms / s上获取的波形有30个样本。得到的测量结果表明意味着不同约10％。关键指示符是在500 ms / s处获得的数据的标准偏差是573 ps，而另一个测量显示为1.7 ns的标准偏差。标准偏差测量了均衡值的测量值的扩散，并且它是测量不确定性的良好指示。基本上，以较高的采样率制造的测量具有较少的不确定性。请记住，采样率直接随采集存储器长度而变化。
图4对比100 MS/s和500 MS/s两种不同采样速率下的下降时间测量结果，500 MS/s下的测量结果标准差更低。
无论你在一个仪器中有多少内存，都会有一个测量，在没有足够的内存直接进行测量。在这种情况下，可能有必要将测量分解为单独的时间周期。图5是具有高频和低频分量的波形的示例。
图5这是使用390兆赫载波的开关键控来编码识别信息的入口门的远程控制的初始测量。
图中顶部的迹线是以10gs /s的速度数字化的初始脉冲。该波形的放大视图(Trace Z2)是底部网格中显示正弦波的红色轨迹。参数P2测量的频率名义上为390mhz。当从顶部开始的第二道中以每段5毫秒的速度获得整个波形时，问题就开始了。
该获取的缩放迹线显示在每分部100μs的顶部的第三迹线中。请注意，信封与第一次采集相同。然而，有一个差异;该迹线Z3，底部网格中的蓝色迹线的缩放显示，频率为110 MHz的旋转正弦波。即使具有25 ms的最大内存长度，25 ms采集也只能管理500 ms / s的采样率。
显然这是个问题，因为500 MS/s不大于390mhz载波频率的两倍。这就是为什么载波的频率看起来是110兆赫，它被混叠了。采样是一种混合操作，390mhz载波与500ms /s采样率混合后向下转换，产生110 MHz的差值，即混叠的载波频率。
所需的测量类型可以分为两类。一是射频测量，主要包括载波频率的测量。二是对低频调制进行评估。第一次测量可以通过单独获取射频脉冲和测量载波来完成，就像用顶部轨迹和频率参数P2所做的那样。
第二组测量可以对包含完整信息的混叠信号进行。这将工作，因为信号是非常窄带的能量只有390兆赫。可以检测到混叠信号的峰值，解调后的信号包络将提供有关编码以及载波的门控特性的信息。分析结果如图所示图6．
图6解调和测量信号包络需要测量攻击时间、衰减时间和解调信号包络的宽度。包络宽度的直方图验证了串行编码中使用了三种不同的脉冲宽度。
所获得的波形如图所示。它包括一个射频载波开关键控与什么似乎是脉宽调制信号。通过对采集信号的峰值检测，可以恢复调制信号。峰值检测是通过取调制射频信号的绝对值，然后对其进行低通滤波来实现的。数学跟踪F1完成了这一处理，将绝对值与增强分辨率(ERES)低通滤波器相结合。这显示在从顶部开始的第二个跟踪中。从上面开始的第三道示出覆盖在调制载波上的解调信号。注意被解调的信号是如何很好地跟踪射频信号的。
现在在提取的调制信号上进行测量，包括上升和下降时间以及第一脉冲的宽度，并重复串行数据流中的所有21个脉冲的那些测量。上升和下降时间代表了关键载体的攻击和衰减时间。底部网格中的脉冲宽度测量的直方图表明只有三个不同的脉冲宽度为500μs，1ms和1.5ms
即使是由于存储器导致的示波器，当获取完整信号时，不能使载波呈现载波，仍然可以从信号中获得大量信息，但您必须了解发生的事情。
采集记忆长度是一个重要规范，可以影响数字化仪器的采样率和带宽。内存长度以任何固定采样率确定采集持续时间。存储器长度越长，可以以最高采样率支持的每个划分设置的时间越大。一旦啮合的最大内存量，彼此设置的时间进一步增加将导致采样率降低导致仪器的有效带宽减小。
这篇文章最初发表于经济日报．
阿瑟·扎是一家技术支持专家和电气工程师，拥有50多年的电子测试和测量经验。
