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示波器參數(shù)測量是如何保證精度的?

2018-09-05

  “參數(shù)測量”是示波器分析波形的一大利器,工程師不用開啟光標(biāo)就可以輕松得到各項(xiàng)參數(shù)。但也有工程師會有點(diǎn)不放心:示波器如何保證測量精度呢?本文就帶你步步深入,了解示波器參數(shù)測量背后的算法。

  ZDS系列示波器提供了非常豐富的測量功能,測量項(xiàng)目最多可達(dá)51種。工程師在使用時遇到的問題多是因?yàn)閷?xì)節(jié)及原理了解不夠,下面就這些內(nèi)容,帶你一步一步深入挖掘,解開你的疑惑。

  一、參數(shù)測量的使用方法

  打開測量比較簡單,記住兩個要點(diǎn):

  1、我要測量哪個通道?

  2、我要測什么?

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  圖1  打開測量

  小結(jié):測量項(xiàng)目有51項(xiàng)之多,支持24項(xiàng)測量項(xiàng)目同屏幕顯示。

  二、參數(shù)測量算法分析

  示波器中測量的項(xiàng)目大體上可分為兩大類,一類與電壓相關(guān),如最大值、最小值、頂部值、底部值等。另一類與時間相關(guān),如頻率、周期、上升時間、下降時間、占空比等。頂部值、底部值是非常重要的兩個測量項(xiàng),是時間測量的基礎(chǔ)。

  與電壓相關(guān)的測量,相對比較簡單,最大值(Vmax)與最小值(Vmin)可通過遍歷所有樣本點(diǎn)求出。頂部值(Vtop)和底部值(Vbase)的求解,需要先對所有樣本點(diǎn)進(jìn)行直方圖映射,然后求出現(xiàn)概率最大的電壓值。

  頂部值(Vtop):相對于波形上部的最大概率的電壓,并且概率達(dá)到樣本點(diǎn)總數(shù)的5%以上。

  底部值(Vbase):相對于波形下部的最大概率的電壓,并且概率達(dá)到樣本點(diǎn)總數(shù)的5%以上。

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  圖2  電壓相關(guān)項(xiàng)的測量

  與時間相關(guān)的測量項(xiàng),需要使用頂部值(Vtop)和底部值(Vbase),然后再通過Vtop與Vbase計(jì)算出高中低三根閾值線的位置,最后求閾值線與波形的交點(diǎn),可得到時間相關(guān)的測量結(jié)果,如圖3所示。高中低三根閾值線的位置可調(diào)節(jié),默認(rèn)值為90%、50%、10%。

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  圖3  時間相關(guān)項(xiàng)的測量

  小結(jié):有一些特殊的波形(如正弦波)會出現(xiàn)Vtop和Vbase求解失?。ǜ怕噬儆?%),此時會使用Vmax與Vmin作為新的頂部值與底部值,并且會在Vtop和Vbase的值后面,追加?號顯示來表示異常,如圖4所示。

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  圖4  頂部值、底部值與最大值,最小值相同

  三、測量與統(tǒng)計(jì)算法分析

  測量與統(tǒng)計(jì)的原理很簡單。先要理解一個概念,同一個測量項(xiàng)在同一次測量中可能會遇到多次,如周期,一段波形可能有N個周期。這樣就出現(xiàn)了新的問題,周期的測量結(jié)果對應(yīng)波形的哪個周期?為了解決這種不對應(yīng)的問題,并讓測量結(jié)果更具有意義,我們采用了統(tǒng)計(jì)學(xué)中的6種值來描述測量結(jié)果,分別如下:

  當(dāng)前值(Current):表示第一個測量值,對應(yīng)圖5中①的位置。

  最大值(Max):表示所有測量值中的最大值,對應(yīng)圖5中②的位置。

  最小值(Min):表示所有測量值中的最小值,對應(yīng)圖5中③的位置。

  平均值(Avg):表示所有測量值的累加平均值,對應(yīng)圖5中的三個位置的累加平均值。

  標(biāo)準(zhǔn)差(Stdev):表示所有測量值的標(biāo)準(zhǔn)差,對應(yīng)圖5中的三個位置的標(biāo)準(zhǔn)差。

  次數(shù)(Count):表示測量值的個數(shù),對應(yīng)圖5中的三個位置。

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  圖5  測量統(tǒng)計(jì)功能周期

  小結(jié):測量統(tǒng)計(jì)功能默認(rèn)是關(guān)閉,可在菜單中打開。統(tǒng)計(jì)關(guān)閉時,僅顯示當(dāng)前值(Current),統(tǒng)計(jì)打開時,顯示6種統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖6中使用了正脈寬統(tǒng)計(jì)功能,可求得最大的脈寬為3.0028us,脈沖個數(shù)為42個。

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  圖6  統(tǒng)計(jì)功能可手動打開或關(guān)閉

  四、自定義測量范圍

  使用測量時,經(jīng)常會遇到的一個問題是,捕獲下來的波形比較多,但是我只想測量分析波形中的一部分。在ZDS3000/4000系列示波器中,我們通過硬件加速,提供了一種自定義測量范圍的方法,只需要簡單的兩個步驟即可完成。

  第一步:設(shè)置測量范圍為光標(biāo)區(qū)域;

  第二步:調(diào)整光標(biāo)位置,指定測量的范圍。

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  圖7  自定義測量區(qū)域

  測量功能很強(qiáng)大,但也很復(fù)雜,實(shí)際應(yīng)用時如果對結(jié)果不夠確定,可以先排查測量結(jié)果是電壓類型還是時間類型,電壓類型則重點(diǎn)檢查輸入通道設(shè)置是否正確,如探頭比;時間類型則重點(diǎn)檢查高中低三閾值、頂部值、底部值是否正確。

  ZDS示波器的測量功能,使用了全硬件加速處理,能對全屏幕的所有原始(不抽樣)樣本點(diǎn)進(jìn)行分析,同時執(zhí)行51項(xiàng)參數(shù)測量,處理速度非??欤蛭ㄒ灰豢罹邆?1種“真正意義”參數(shù)測量、統(tǒng)計(jì)功能的示波器。


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