隨著科技的進步，傳統(tǒng)的模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進。數字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數字示波管能充分利用記憶、存儲和處理，以及多種觸發(fā)和預前觸發(fā)能力。廿世紀八十年代數字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢，模擬示波器逐漸從前臺退到后臺。

　　什么是死區(qū)時間

　　　要想了解死區(qū)時間的來源，需要先對數字示波器的結構有一個基本的了解。數字示波器的典型組成框圖如圖1、圖2所示。

　　圖1：傳統(tǒng)數字示波器組成框圖。

　　圖2：R&S公司RTO系列示波器組成框圖。

　　被測信號通過輸入通道進入示波器，并通過垂直系統(tǒng)中的衰減器和放大器加以調節(jié)。模數轉換器（ADC）按照固定的時間間隔對信號進行采樣，并將各個信號振幅轉換成離散的數字值，稱為“樣本點”。采集模塊隨后則執(zhí)行處理功能，例如樣本抽取，默認一般都為采樣模式。輸出數據作為樣本點（samples）存儲在采集存儲器中。存儲的樣點數目用戶可以通過記錄長度進行設置。

　　根據用戶的需求，還可以對這些樣本點進一步后處理。對于數字示波器而言，基本上對波形樣本執(zhí)行的處理步驟沒有任何限制。這些后處理功能或者使用軟件通過該儀器的主處理程序執(zhí)行，或者使用專用的ASIC或FPGA硬件執(zhí)行，具體取決于示波器的結構。終結果隨后通過示波器的顯示屏呈現給用戶。

　　從圖1和圖2中可以看到R&S RTO系列示波器和傳統(tǒng)數字示波器的在信號處理過程上的區(qū)別，它使用了專門獨立開發(fā)的ASIC芯片RTC和FPGA來實現波形樣本的后處理，如通道校準、樣本抽取、數字濾波、math、直方圖測量、模板測試以及FFT、自動測量、協(xié)議解碼等等，大大降低了主處理器的工作負荷，同時在RTO芯片中用數字觸發(fā)取代了模擬觸發(fā)電路，消除了模擬觸發(fā)電路帶來的觸發(fā)抖動，傳統(tǒng)的中高端示波器為了減小這部分抖動，需要大量的DSP后處理。硬件結構上的創(chuàng)新，極大的縮短了RTO示波器波形樣本后處理所耗費的時間。

　  死區(qū)時間是PWM輸出時，為了使H橋或半H橋的上下管不會因為開關速度問題發(fā)生同時導通而設置的一個保護時段。通常也指pwm響應時間。 死區(qū)時間是指控制不到的時間域。在變頻器里一般是指功率器件輸出電壓、電流的"0"區(qū)，在傳動控制里一般是指電機正反向轉換電壓、電流的過零時間。死區(qū)時間當然越小越好。但是所以設置死區(qū)時間，是為了安全。因此又不可沒有。的設置是：在保證安全的前提下，越小越好。以不炸功率管、輸出不短路為目的。

　　死區(qū)時間和捕獲周期及波形捕獲率關系

　　示波器的波形捕獲率指單位時間內示波器所捕獲的波形個數，每個波形可以由數百或更多個點構成。我們可以拿示波器的波形捕獲率指標和數碼相機的快門反應時間做個對應，示波器的波形捕獲率快，可捕獲偶發(fā)信號，數碼相機快門反應時間快，可捕獲精彩的瞬間。相機的快門時間指的是，從啟動到快門反應的時間，若相機快門反應時間為0.8秒，則不需一秒鐘的時間即可開始拍攝下一張圖像。采用連拍模式，按住快門鈕一般多連續(xù)抓拍幾張到十幾張圖像。如果使用高速攝像機，那么示波器的波形捕獲率非常類似攝像機的一個指標，每秒鐘幀數FPS （Frames Per Second），這里的幀就是畫面， 譬如電影放映的標準是每秒放映24幀， 每秒鐘幀數 （FPS） 愈多，所顯示的動作就會愈流暢。

　　圖3顯示了一個波形捕獲周期的示意圖。捕獲周期由有效捕獲時間和死區(qū)時間周期組成。在有效捕獲時間內，示波器按照用戶設定波形樣本數進行捕獲，并將其寫入采集存儲器中。捕獲的死區(qū)時間包含固定時間和可變時間兩部分。固定時間具體取決于各個儀器的架構本身。可變時間則取決于處理所需的時間，它與設定的捕獲樣本數（記錄長度）、水平刻度、采樣率以及所選后處理功能（例如，插值、數學函數、測量和分析）多少都有直接關系。死區(qū)時間和捕獲周期之比死區(qū)時間比也是示波器的一個重要特性，捕獲周期的倒數就是波形捕獲率。

　　圖3：數字示波器的一個捕獲周期。

　　例如，如果有效捕獲時間是100ns（樣本數為1k，采樣率為10G），而死區(qū)時間是10ms，那么整個捕獲周期所用的時間是10.0001ms。由此得到的死區(qū)時間比是99.999%，而波形捕獲率是每秒不到100個波形。目前市場上大部分示波器在常規(guī)測量模式下面的波形捕獲率都在幾百次的量級，R&S公司的RTO系列示波器在同等條件下可以實現1，000，000次的波形捕獲率，死區(qū)時間比可以降低到90%一下，遠遠要高出其他示波器。有些帶寬≤1G的示波器在其采樣率下，可以達到50，000次/秒的波形捕獲率，其死區(qū)時間比也高達99.5%以上。

　　死區(qū)時間和波形捕獲率對測量結果的影響

　　很多工程師在硬件調試過程中可能遇會到過這樣的情形：在調試的后期階段，電路板主要器件的焊接基本完成，在進行功能驗證過程中，發(fā)現系統(tǒng)一運行沒多久就會出故障，但是通過示波器查看關鍵的時鐘和使能信號都“沒有問題”，終將故障原因定為在軟件原因，然后逐行檢查代碼，進行軟件優(yōu)化。現在已經對示波器的死區(qū)時間已經有了清晰的認識，對于上面的情形還有一種可能就是示波器漏掉了導致系統(tǒng)故障的偶發(fā)信號，圖4可以很形象的說明這一問題：

　　圖4：示波器死區(qū)時間導致丟失關鍵偶發(fā)信號。

　　由于示波器死區(qū)時間的存在，導致示波器可能漏掉關鍵的異常信號，而給用戶顯示一個帶有欺騙性的結果，終誤導用戶的判斷，會大大延長調試時間，降低調試效率。

　　根據公式1，如果波形捕獲時間（即，樣本數×分辨率，或10×水平刻度）、波形捕獲率和信號事件發(fā)生速率（例如脈沖干擾的重復速率）均已確定，那么增加測量時間，會加大捕獲并顯示信號事件的概率：

　　公式1：

　　P：捕獲偶發(fā)重復信號事件的概率［單位是%］

　　GlitchRate：信號故障頻率（例如，重復脈沖干擾）［單位是1/s］

　　T：有效捕獲時間或波形顯示時間（記錄長度/采樣速率，或記錄長度×分辨率，或10×時間量程/格）［單位是s］

　　AcqRate：波形捕獲率［單位是wfms/s］

　　Tmeasure：測量時間［單位是s］

　　如果知道概率，對公式1進行變換，可以計算捕獲該偶發(fā)信號所需時間：

　　公式2：

　　假定某個信號帶一個有每秒重復10次的異常。該信號本身以數據形式顯示在示波器上，所采用的水平刻度為10ns/p。如果所用顯示屏有10個水平格，則可以計算100ns的有效捕獲時間。為了確保捕獲所需信號事件的置信度較高，需要使用99.9%的概率。現在，所需的測試時間取決于示波器的波形捕獲率。下表統(tǒng)計了幾種不同的波形捕獲率所對應的所需測試時間。

　　表1：在概率為99.9%（T=100ns，GlitchRate=10/s）的條件下，捕獲重復異常信號所需時間。

　　雖然R&S的RTO系列示波器在該條件下的死區(qū)時間比還有接近90%左右，但是相比于其他死去時間比在99.5%以上的示波器，其發(fā)現偶發(fā)異常信號能力確是成數量級的上升，可以幫助工程師極大的提高調試效率。試問：有幾位工程師在檢查每一個信號時可以在示波器上看超過7秒鐘時間呢？

　　前面也提到，波形捕獲率和水平刻度、記錄長度、采樣率的設置都有關系，在實際測量中，如何根據實際的被測信號在這些參數設置中找到一個平衡點，以的捕獲概率查看波形，提高調試效率，這是工程師在數字示波器使用過程中需要考慮的問題，這一部分會在以后文章中專門討論。