示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。

　　影響數(shù)字示波器時(shí)間測(cè)量不確定性的因素是：采樣間隔和測(cè)量間隔。

　　采樣間隔與示波器的測(cè)量?jī)?nèi)插算法和時(shí)基短期穩(wěn)定性有關(guān)。

　　測(cè)量間隔與示波器時(shí)基有關(guān)力科WaveMaster系列示波器的時(shí)間間隔測(cè)量采用下述公式表示：±（（0.06 * 采樣間隔） +（1 ppm的測(cè)量間隔））。這一公式反映了數(shù)字示波器上時(shí)間測(cè)量不確定性的兩個(gè)主要來(lái)源。第二個(gè)部分（1 ppm的測(cè)量間隔）表示由于示波器時(shí)基導(dǎo)致的不確定性。WaveMaster系列示波器采用1 ppm的時(shí)基，這是當(dāng)前的示波器時(shí)基。這個(gè)部分影響著較長(zhǎng)的時(shí)間間隔。例如，如果測(cè)量的是1 GHz時(shí)鐘（1 ns周期），那么由于時(shí)基導(dǎo)致的不確定性是1 fs。

　　時(shí)間間隔的個(gè)部分（0.06 * 采樣間隔）與示波器的測(cè)量?jī)?nèi)插器和時(shí)基短期穩(wěn)定性有關(guān)。在力科示波器中，時(shí)基對(duì)不確定性的影響非常小。內(nèi)插器是測(cè)量信號(hào)越過(guò)一定門限值的時(shí)間位置的軟件組件。鑒于力科提供了20 GHz的采樣率，因此在大多數(shù)情況下必需使用內(nèi)插。在任何一定邊沿上存在三個(gè)或三個(gè)以下的樣點(diǎn)時(shí)，示波器中會(huì)自動(dòng)執(zhí)行內(nèi)插。在整個(gè)波形上不執(zhí)行內(nèi)插。但是，在測(cè)量中只內(nèi)插越過(guò)門限周圍的點(diǎn)。為找到越過(guò)點(diǎn)，我們使用立方內(nèi)插，然后線性擬合到內(nèi)插的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 測(cè)量?jī)?nèi)插的圖形視圖，顯示怎樣在采樣的波形上確定越過(guò)時(shí)間(TOC)

　　[ 圖示內(nèi)容：]

　　threshold: 門限

　　1. locate points bracketing threshold: 1. 定位越過(guò)門限的點(diǎn)

　　2. add new “cubicity” interpolated points: 增加新的”立方”內(nèi)插點(diǎn)

　　3. estimate TOC “l(fā)inearity”： 估算TOC“線性度”

　　內(nèi)插取決于許多因素。主要因素是信號(hào)的跳變時(shí)間、采樣率、垂直噪聲和有效垂直分辨率。圖2是通過(guò)使用簡(jiǎn)單的模型，利用8位數(shù)字化器以20 GS/s采樣率對(duì)300 ps邊沿信號(hào)的典型計(jì)算方式。信號(hào)幅度是全標(biāo)的80%。垂直分辨率和時(shí)間分辨率之間的關(guān)系是：Dt = Dv/ dv/dt其中：Dt – 時(shí)間不確定性，Dv – 幅度不確定性，dv/dt – 跳變沿 對(duì)1 l.s.b.（1/256的全標(biāo)）的垂直不確定性，以及在6個(gè)樣點(diǎn)中0.8的全標(biāo)的跳變沿（300 ps @ 50 ps/樣點(diǎn)），等效時(shí)間不確定性為：

　　Dt = （1/256） / （0.8/6）= 0.03個(gè)采樣周期

   圖2 簡(jiǎn)單的模型，表明垂直不確定性與定時(shí)不確定性的映射關(guān)系

　　[圖示內(nèi)容：]

　　Measurement Threshold: 測(cè)量門限

　　Sample: 樣點(diǎn)

　　由于采樣周期是50 ps，這一測(cè)量的不確定性是1.5 ps。這種時(shí)間不確定性適用于任何一項(xiàng)測(cè)量。在數(shù)據(jù)處理上，為了使采集到的數(shù)據(jù)能真實(shí)的反映地層的實(shí)際情況，采取合理的采樣間隔并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理與平滑顯得非常重要。

　　大多數(shù)這類測(cè)量不是以孤立方式進(jìn)行的。多個(gè)測(cè)量允許用戶研究測(cè)得值變化。與所有測(cè)量中一樣，在多項(xiàng)測(cè)量中，測(cè)得值的中間值的不確定性會(huì)下降。對(duì)高斯分布，測(cè)量不確定性會(huì)以測(cè)量數(shù)量的平方根下降。因此，重復(fù)測(cè)量100次可以使采樣中間值的提高10倍。圖3顯示了在700 MHz方波上進(jìn)行20套period@ level參數(shù)測(cè)量的結(jié)果。每套測(cè)量都在包括35,000個(gè)周期的采集上執(zhí)行。這會(huì)把指定的不確定性降低到大約16 fs。測(cè)量與頻率計(jì)數(shù)器相關(guān)，頻率計(jì)數(shù)器從同一個(gè)軸上繪制曲線。注意，示波器測(cè)量很好地位于歸一化后的指標(biāo)極限內(nèi)，與計(jì)數(shù)器測(cè)量結(jié)果高度一致。下圖的水平標(biāo)度是每格20 fs。

  圖3 在20次采集中進(jìn)行period @ level測(cè)量的可重復(fù)性

　　[圖示內(nèi)容：]

　　Accuracy of P@Level For 700 MHz Sqaurewave: 700 MHz方波的P@Level

　　Counter Reading: 計(jì)數(shù)器讀數(shù)

　　P@Level lower accuracy limit: P@Level下限

　　upper accuracy limit: 上限

　　Acquisition Number: 采集數(shù)量

　　Period （ns）： 周期（ns）

　　使用采樣數(shù)據(jù)不會(huì)把定時(shí)測(cè)量限制在采樣周期中?？梢砸云っ爰?jí)的分辨率在正確采樣的波形上進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，并支持直到幾十飛秒的中間值統(tǒng)計(jì)。