擴展示波器用途的十大技巧

1、擴展示波器用途的十大技巧目前的中檔示波器具有的功能實際上比大多數(shù)工程師曾用過的要多。本文總結了十個可能令你驚奇的示波器應用。其中任何一個應用你都會發(fā)現(xiàn)非常有用。使用示波器的快速邊沿功能和數(shù)學運算實現(xiàn)頻率響應測試頻率響應測量需要具有平坦頻譜的信號源。通過將示波器的快速邊沿測試信號用作階躍信號源，再利用示波器的衍生功能就可以得到待測設備的脈沖響應。然后運用快速傅里葉變換(FFT)功能獲得頻率響應。圖1顯示了獲得輸入信號的頻率響應和37MHz低通濾波器的頻率響應的過程步驟。圖1：先將快速邊沿測試信號加到濾波器的輸入端(左上)，然后用濾波器輸出(右上曲線)對它進行微分(右中)，最后求FFT的平均值(下

2、右)，就可以得到濾波器的頻率響應。左下邊曲線中的頻譜展示了微分過的階躍輸入信號的頻率平坦度。（點擊查看大圖）快速邊沿測試信號的上升時間約為800ps，帶寬約為400MHz，比這次測量的100MHz范圍大得多。使用示波器的低通數(shù)字濾波器對輸入信號進行高通濾波如果你的示波器能夠利用諸如增強分辨率(ERES)數(shù)學函數(shù)等功能對信號進行低通濾波，那么你就能對同樣的信號進行高通濾波。注意，只有你能訪問數(shù)字低通濾波器的輸入和輸出端時這個功能才能實現(xiàn)。圖2顯示了具體實現(xiàn)過程。圖2：從輸入信號(C1，頂部曲線)中減去低通濾波后的波形(中間F1曲線)形成的信號就具有高通特性，如數(shù)學曲線F2(底部曲線)的頻譜所示。

3、（點擊查看大圖）輸入信號曲線C1是一個很窄的脈沖。數(shù)學曲線F1(中心曲線)使用示波器的ERES數(shù)字濾波器對C1信號進行濾波。從輸入信號中減去濾波器曲線后形成的信號就只有較高頻率的成分。曲線F2執(zhí)行減法操作，同時完成高通信號的FFT，因此你能看到高通特性。低通響應跌至最大響應0.293處的頻率就是高通濾波器的-3dB點。只對具有特定形狀或測量參數(shù)的信號進行平均能夠根據(jù)波形模板或參數(shù)化測量提供通過/失敗測試、并能將滿足通過/失敗標準的波形存儲到內(nèi)存中的示波器可以有選擇地將這些波形加入到示波器的平均功能中。要啟用這項功能，首先要根據(jù)波形模板和/或處于目標極限內(nèi)的測量參數(shù)輸入通過/失敗標準。針對通過的

4、測試，要將波形存儲到內(nèi)部的存儲器中。啟動平均功能對該內(nèi)存中的內(nèi)容進行平均。結果是只有滿足測試標準的波形才會加到平均內(nèi)容中。圖3顯示了這樣一個完整的過程。圖3：只對波形模板中包含的那些波形進行有選擇的平均。通道1曲線(C1)與模板不匹配，紅色圓圈指出了位于模板外的區(qū)域。最終接受的曲線被存儲在內(nèi)存曲線M1中，整個曲線都位于模板之內(nèi)。數(shù)學曲線F1顯示的累加平均曲線只是將落入模板中的波形進行了平均累加。（點擊查看大圖）通過/失敗測試是通過完全落入模板內(nèi)的波形(藍色顯示)的一種測試。滿足通過標準的波形被存儲在內(nèi)存M1中，并增加到功能曲線F1中的平均曲線中。不滿足標準的波形會被丟棄，永遠不會出現(xiàn)在平均曲線

5、中。通過使用排它型觸發(fā)器只捕獲異常事件來尋找間歇性事件智能或先進的觸發(fā)器可以根據(jù)寬度、周期或占空比等選定的波形特征進行觸發(fā)。有幾家制造商的產(chǎn)品還能根據(jù)處于范圍之內(nèi)或范圍之外的智能觸發(fā)事件進行觸發(fā)。這種觸發(fā)器就是排它型觸發(fā)器，它可以用來只對異常事件進行觸發(fā)，如圖4所示。在這個例子中，示波器被設置為只對寬度超過480.8ns的脈沖進行觸發(fā)。在遇到寬度為52.6ns的大脈沖發(fā)生之前這種觸發(fā)器是不會觸發(fā)的。因為示波器只對寬度超過標稱值為48ns的脈沖進行觸發(fā)，因此不存在刷新速率的問題。平時它就處于“等待”狀態(tài)，直到異常脈沖寬度出現(xiàn)。圖4：只對脈沖寬度超過480.8ns范圍的脈沖觸發(fā)的排它型觸發(fā)器。因此

6、示波器只在遇到52.6ns的大脈沖時才被觸發(fā)，所有正常的48ns寬度脈沖都被示波器所忽略。（點擊查看大圖）將趨勢函數(shù)和觸發(fā)器延時用作自定時數(shù)據(jù)記錄器趨勢圖是按采集的順序顯示的被測參數(shù)值圖形。圖5就是這樣一個例子。例子中采用靈敏度為39 V /的熱探頭測量振蕩器的內(nèi)部溫度。與此同時獲得在單個周期內(nèi)得出的頻率。每個趨勢中的100次測量都是經(jīng)過100次采集得到的。觸發(fā)源是振蕩器的輸出。正常情況下這會導致示波器以其標稱刷新率進行觸發(fā)。為了防止發(fā)生這種現(xiàn)象，并且在兩次測量之間設置已知的延時，可以使用觸發(fā)器延時功能。使用觸發(fā)器延時功能可以將兩次采集之間的時間設為10秒，因此總的測量間隔是1000秒。再用參

7、數(shù)化數(shù)學調(diào)整函數(shù)將溫度傳感器的電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換為攝氏度。圖5：在1000秒時間內(nèi)采集到的內(nèi)部溫度(曲線F2)和振蕩器輸出頻率(曲線F1)的趨勢圖，它反映了振蕩器的熱響應特性。（點擊查看大圖）解調(diào)幅度調(diào)制信號幅度調(diào)制(調(diào)幅)信號的包絡檢測方法需要對信號進行峰值檢測。峰值檢測可以通過整合絕對值數(shù)學函數(shù)和這種示波器中稱被增強分辨率(ERES)的數(shù)字低通濾波器來實現(xiàn)。這樣能使精確地提取調(diào)制包絡形狀變得非常容易。圖6顯示了一個例子。左上邊的曲線是待采集的調(diào)幅信號。絕對值數(shù)學函數(shù)的應用如左下邊的曲線所示，絕對值提供全波整流效果。圖6：從調(diào)幅信號中提取調(diào)制包絡的步驟。絕對值用于檢測信號。ERES濾波可以消除高頻

8、載波，從而產(chǎn)生干凈的調(diào)制包絡。（點擊查看大圖）稀疏函數(shù)和ERES函數(shù)組合用于對絕對值進行低通濾波，形成如右上邊曲線所示的調(diào)制包絡。稀疏函數(shù)能夠有選擇地減少采集波形的采樣率，因此有助于設定作為采樣率函數(shù)的ERES低通濾波器的截止頻率。低通濾波器的截止頻率必須遠小于載波頻率。右下方格子中的曲線是輸入調(diào)幅信號的覆蓋縮放曲線，提取出的包絡顯示了該過程的保真性。接下來就可以直接對提取出的包絡進行測量和進一步分析。許多中檔示波器都具有軌跡或時間趨勢功能，可以根據(jù)被測時序參數(shù)的周期性變化產(chǎn)生波形。軌跡功能在時間上與源波形是同步的，因此很容易將頻率、寬度或相位的變化與源波形關聯(lián)在一起。這樣就提供了解調(diào)調(diào)頻(F

9、M)、調(diào)相(PM)或脈寬調(diào)制(PWM)信號的一種方法。圖7顯示了使用時間間隔誤差(TIE)參數(shù)的軌跡解調(diào)調(diào)相(PM)波形的一個例子。圖7：使用TIE參數(shù)軌跡可以繪制出PM波形每個周期的瞬時相位與時間的關系圖，從而實現(xiàn)對調(diào)相信號的解調(diào)。（點擊查看大圖）TIE是跨越波形的閾值與跨越理想位置的閾值之間的時間差。實際上它就是信號的瞬時相位。因此TIE軌跡顯示了載波相位的周期性變化，可以用來產(chǎn)生相位變化在時間上與原始調(diào)制載波同步的波形。圖中的垂直刻度是時間單位，通過簡單的調(diào)整操作很容易轉(zhuǎn)換為相位。同樣，頻率參數(shù)軌跡可以顯示調(diào)頻載波的調(diào)制信號，脈沖寬度軌跡可以產(chǎn)生PWM解調(diào)。向示波器的快速傅里葉變換增加“

10、最大值保持”功能頻譜分析儀提供的峰值或最大值保持功能在掃正弦頻率響應測量時非常有用。大多數(shù)示波器的FFT沒有提供這個功能，但它們提供最高或最大數(shù)學函數(shù)，與FFT結合起來就可以保持FFT中每個頻率單元點發(fā)生的最大幅度。圖8提供了該功能的一個例子。圖8：紅色曲線F2(中心)顯示了掃頻正弦波FFT中的每個頻率的峰值或最大值。曲線F1(底部)是沒有應用最高或最大值的FFT。F2描述符盒子顯示了最高功能的設置。（點擊查看大圖）當輸入正弦波在整個頻率范圍內(nèi)掃描時，曲線F2中顯示的最高(或最大)函數(shù)將保持FFT中每個頻率單元點的峰值幅度，因此允許用戶看到每個頻點的最大響應。計算單位為V2/Hz的波形功率譜密

11、度示波器FFT用對數(shù)形式的dBm和dBm/Hz為單位分別顯示功率譜和功率譜密度(PSD)。而諸如噪聲分析等應用要求采用V2/Hz 或V/ Hz等線性單位的功率譜密度。通過使用少量的FFT和重新調(diào)整數(shù)學函數(shù)運算就可以完成線性刻度的功率譜密度測量。圖9顯示了這種測量的FFT設置。FFT輸出類型被設為平方量級，以便用垂直單位V2顯示FFT。轉(zhuǎn)換到功率譜密度要求FFT歸一化為FFT的有效分辨率帶寬，也即分辨率帶寬(f)和所選加權函數(shù)的有效噪聲帶寬ENBW的乘積，詳見圖9中FFT設置的報告。圖9：曲線C1是捕獲到的頻帶受限的噪聲信號。曲線F3是線性垂直刻度單位為V2/Hz的功率譜密度。參數(shù)P7讀取功率譜

12、密度曲線下方的面積，并與時間波形的均方值進行比較，后者是以參數(shù)P8中的曲線C1的標準偏差平方值計算的。（點擊查看大圖）這種示波器將FFT讀作峰值，因此我們還必須將這個值轉(zhuǎn)換回均方值，這意味著將所有幅度值除以2。歸一化是用重新調(diào)整數(shù)學函數(shù)完成的，在本例中是將每個FFT幅度值乘以510-6。結果曲線如圖9中的F3所示，讀取的功率譜密度的單位是V2/Hz。參數(shù)P2是輸入波形C1的標準偏差。這個值在參數(shù)P8中進行了平方，是輸入信號的均方幅度。參數(shù)P7讀出功率譜密度曲線(F3)下方的面積為23.3 mV2。它也報告均方幅度在本例中從FFT得出的值為23.28 mV2，用于確認這個過程。偶爾你可能需要對捕獲波形的一小部分執(zhí)行FFT。這種情況通常是有疑問波形在時間上發(fā)生變化時發(fā)生的。大多數(shù)示波器允許你通過FFT控制中的選通功能或在捕獲波形縮放基礎上計算FFT來選通FFT過程。記住，不管是哪種情況，F(xiàn)FT分辨率帶寬都將被確定為選通信號持續(xù)時間的倒數(shù)。由于選通部分短于整個波形，分辨率帶寬將增加，F(xiàn)FT頻率分辨率將降低。圖10顯示了對一個線性正弦掃描波形進行選通式FFT分析的例子。正弦波的頻率在10ms掃描時長內(nèi)從1MHz變化到80MHz(左上邊的曲線M1)。在437 s和1.42 ms點采集了兩個時長為5 s的縮放波形(左中是曲線Z1，左下是Z2)。整個波形