对比分析示波器四种波形捕获模式的原理和特点

我们使用示波器的捕获模式，一般都只用默认的标准捕获模式。你知道捕获模式有哪些吗？他们各自对采样点的处理方式你了解多少呢？每一种模式又适用于哪种波形呢？本文对比分析这些模式的特点，您会有不一样的发现。

在测量波形时，对一些具有某种特征的信号的测量是需要选择合适的捕获模式的。本文以ZDS4054 Plus示波器为例，与大家分享示波器几种捕获模式的原理和特点及其合适的应用场合。

在示波器前面板上按下【Acquire】键，在捕获模式菜单中可以看到其中共包含4种捕获模式：标准、峰值、平均和高分辨率。

简单地说，示波器的捕获模式用于控制如何从采样点中获取波形点。现在我们使用的数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值能否绘出波形为止，随后数字示波器重构波形。而由于处理方式的不同，重构的信号波形也会有一定的差别。

下面将介绍这四种捕获模式重构波形的异同。

一、标准捕获模式

对大多数波形来说，使用标准模式可以产生最佳的显示效果。在一般情况下，如果您对示波器捕获波形的方式没有特殊要求时，捕获模式可以选择为ZDS 4054 Plus示波器默认的捕获模式：标准捕获模式。 

原理：按相等时间间隔对信号采样以重建波形，具体原理图如图1所示。

适用场景：对波形捕获模式无特殊要求时使用。

图1 标准捕获模式原理图

二、峰值捕获模式

在该模式下，示波器至少能显示出来与采样周期一样宽的所有脉冲。 

原理：采集到采样间隔信号的最大值和最小值，具体原理图如图2所示。

适用场景：捕获可能丢失的窄脉冲和高频率的毛刺。

注意事项：虽然该模式可避免信号混淆，但显示的噪声较大。

图2 峰值捕获模式原理图

三、平均捕获模式

在该模式下，可先设置一个平均次数N，具体设置方法为：在示波器前面板上按下【Acquire】键，按下【平均次数】菜单软键，通过调节A／B旋钮设置平均次数的数值。

原理：示波器会对采集的N段波形，将它们按照触发位置对齐，对N段波形进行平均运算，最终得到一段平均后的波形。具体原理图如图 3所示。在ZDS4054 Plus示波器中平均数可设置的范围是2～65536，系统默认设为64次。

适用场景：希望减少波形中的随机噪声并提高垂直分辨率时使用。

注意事项：

（1）滚动视图模式下不支持平均捕获模式。

（2）平均次数越高，噪声越小，但波形显示对波形变化的相应也越慢。

图3 平均捕获模式原理图

四、高分辨率捕获模式

在该模式下，该模式采用一种超取样技术，对采样波形的邻近点平均，减小输入信号上的随机噪声并在屏幕上产生更平滑的波形。

原理：对一段波形中的每N个点求平均，把原来的N个采样点替换成一个平均点来显示。具体原理图如所示。

适用场景：通常用于数字转换器的采样率高于采集存储器的存速率的情形，即可提供较较高分辨率、较低带宽的波形。

注意事项：“平均”和“高分辨率”模式使用的平均方式不一样，前者为“波形平均”，后者为“点平均”。

图4 高分辨率捕获模式原理图

五、总结

对这4种捕获模式的捕获机制与应用特点了解之后，我们来看下它们对同一个输入信号的显示情况。将捕获模式依次设置为标准、峰值、平均和高分辨率模式，很明显在对比之下，标准捕获模式下（如图 5所示），信号噪声适中，峰值捕获模式下（如图 6所示），信号的噪声显示比较明显，而平均（如图 7所示）和高分辨率（如图 8所示）捕获模式下显示的波形几乎没有随机噪声。

图5 标准捕获模式下的波形图

图6 峰值捕获模式下的波形图 

图7 平均捕获模式下的波形图

图8 高分辨率捕获模式下的波形图

了解了同一输入信号在不同捕获模式下的不同显示效果之后，再来对这四种捕获模式做个异同总结：

对波形捕获模式无特殊要求时，一般使用示波器默认的标准捕获模式；

要捕获窄脉冲或高频率的毛刺，选择峰值捕获模式；

想减少噪声并提高分辨率，使用平均捕获模式；

希望提供较较高分辨率、较低带宽的波形时，选择高分辨率捕获模式。