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九个示波器应用技巧

发布日期:2023-03-15 16:10:05         浏览数:   

  目前,中档示波器比大多数工程师使用更多的功能。本文总结了九个示波器应用技巧,可能会让你感到惊讶。你会发现其中任何一个都很有用!

  1、使用示波器的快速边沿功能和数学运算来实现频率响应测试

  频率响应测量需要一个平坦频谱的信号源。待测设备的脉冲响应可以通过将示波器的快速边缘测试信号作为跳跃信号源,然后使用示波器的衍生功能来获得。然后使用快速傅里叶变换(FFT)功能得到频率响应。图1显示了37MHz低通滤波器获取输入信号的频率响应和频率响应的过程步骤。

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  图1:首先在滤波器的输入端(左上角)加入快速边缘测试信号,然后用滤波器输出(右上角曲线)进行微分(右中角),最后求FFT的平均值(右下角)得到滤波器的频率响应。左下角曲线中的频谱显示了微分阶跃输入信号的频率平整度。

  在这次测量的100MHz范围内,快速边缘测试信号的上升时间约为800ps,带宽约为400MHz。

  2、是使用示波器的低通数字滤波器对输入信号进行高通滤波

  假如您的示波器可以使用增强分辨率等(ERES)如果数学函数等功能对信号进行低通过滤波,那么您可以对相同的信号进行高通过滤波。请注意,只有当您能够访问数字低通过滤波器的输入和输出端时,才能实现这一功能。图2显示了具体的实现过程。

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  图2:如数学曲线F2(底部曲线)的频谱所示,从输入信号(C1、顶部曲线)中减去低通滤波后的波形(中间F1曲线)形成的信号具有高通特性。

  输入信号曲线C1是一个非常狭窄的脉冲。使用示波器ERES数字滤波器过滤C1信号的数学曲线F1(中心曲线)。从输入信号中减去滤波器曲线后形成的信号只是高频成分。曲线F2在完成高通信号FFT的同时进行减法操作,所以你可以看到高通信号的特性。低通信响应降至0.293最大响应频率为高通信滤波器-3dB点。

  3、只有具有特定形状或测量参数的信号才能平均进行

  能够根据波形模板或参数化测量提供通过/失败测试并能将符合通过/失败标准的波形存储在内存中的示波器,可以有选择地将这些波形添加到示波器的平均功能中。为了启用这个功能,首先应该根据波形模板和/或目标极限内的测量参数输入通过/失败标准。通过测试时,应将波形存储在内部存储器中。启动平均功能平均存储内容。因此,只有符合测试标准的波形才会添加到平均内容中。图3显示了这样一个完整的过程。

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  图3:只有波形模板中包含的波形才能平均选择。通道1曲线(C1)与模板不匹配,红圈指出位于模板外的区域。最终接受的曲线存储在内存曲线M1中,整个曲线位于模板中。数学曲线F1显示的累积平均曲线只是平均累积落入模板的波形。

  通过/失败测试是一种完全落入模板的波形(蓝色显示)的测试。内存M1中存储的符合标准的波形并添加到功能曲线F1中的平均曲线中。不符合标准的波形将被丢弃,永远不会出现在平均曲线中。

  4、通过使用排其型触发器只捕捉异常事件来寻找间歇性事件

  智能或先进的触发器可以根据选定的波形特征,如宽度、周期或占空比。几家厂商的产品也可以根据范围内或范围外的智能触发事件进行触发。这个触发器是一个排他性的触发器,只能用来触发异常事件,如图4所示。在这个例子中,示波器只设置为宽度超过48。±触发0.8ns的脉冲。这种触发器在遇到宽度为52.6ns的大脉冲之前不会触发。由于示波器只触发宽度超过标称值为48ns的脉冲,因此没有刷新速度的问题。它通常处于“等待”状态,直到出现异常脉冲宽度。

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  图4:只有488以上的脉冲宽度±脉冲触发在0.8ns范围内的排其型触发器。所以示波器只在遇到52.6ns大脉冲时才被触发,所有正常的48ns宽脉冲都被示波器忽略了。

  5、将趋势函数和触发器延迟用作自定时数据记录器

  趋势图是按照采集顺序显示的被测参数值图。图5就是这样一个例子。例子中的灵敏度为39μV/℃热探头测量振荡器内部温度。同时,获得在单个周期内获得的频率。每个趋势的100次测量是通过100次采集获得的。触发源是振荡器的输出。一般情况下,示波器会以其标称刷新率触发。为了防止这种现象发生,并在两次测量之间设置已知的延迟,触发器的延迟功能可以使用。两次采集之间的时间可以设置为10秒,所以总测量间隔为1000秒。然后用参数化数学调整函数将温度传感器的电压氏度转换为温度传感器。

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  图5:内部温度(曲线F2)和振荡器输出频率(曲线F1)的趋势图在1000秒内收集到,反映了振荡器的热响应特性。

  6、检测频率、相位和脉宽调制信号

  很多中档示波器都有轨迹或时间趋势功能,可以根据被测时序参数的周期性变化产生波形。轨迹功能与源波形在时间上是同步的,因此频率、宽度或相位的变化很容易与源波形联系在一起。这提供了对调频的理解(FM)、调相(PM)或脉宽调制(PWM)一种信号方法。图7显示了使用时间间隔误差(TIE)轨迹解调调相参数(PM)一个波形的例子。

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  图6:PM波形每个周期的瞬时相位与时间之间的关系图可以通过TIE参数轨迹绘制,从而实现对调信号的解调。

  TIE是跨越波形的阈值和跨越理想位置的阈值之间的时间差。事实上,它是信号的瞬时相位。因此,TIE轨迹显示了载波相位的周期性变化,可以用来产生相位变化,并在时间上与原始调制载波同步。图中的垂直刻度是时间单位,通过简单的调整操作很容易转换成相位。同样,频率参数轨迹可以显示调频载波的调制信号,脉冲宽度轨迹可以产生PWM解调。

  7、向示波器快速傅里叶转换增加“最大值保持”功能

  在扫正弦频率响应测量中,频谱分析仪提供的峰值或‘最大值’保持功能非常有用。大多数示波器的FFT没有提供这个功能,但它们提供最高或最大的数学函数,可以通过与FFT结合来保持FFT中每个频率单元点发生的最大幅度。图8提供了这个功能的例子。

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  图7:在扫频正弦波FFT中,红色曲线F2(中心)显示每个频率的峰值或最大值。曲线F1(底部)是FFT,没有使用最高或最大值。F2描述符盒显示了最大功能的设置。

  当输入正弦波扫描整个频率范围时,曲线F2中显示的最高(或最大)函数将保持每个频率单元点在FFT中的峰值范围,从而允许用户看到每个频率点的最大响应。

  8、计算单位为V2/Hz的波形功率谱密度

  以对数形式的dBm和dBm/Hz为单位,分别显示功率谱和功率谱密度谱。(PSD)。V2/Hz或Hz或噪声分析等应用要求V/√Hz和其他线性单位的功率谱密度。线性刻度的功率谱密度测量可以通过使用少量的FFT和重新调整数学函数运算来完成。图9显示了这种测量的FFT设置。FFT输出类型设置为平方量级,以便使用垂直单位V2显示FFT。转换到功率谱密度要求FFT归一化为FFT的有效分辨率带宽,即分辨率带宽(Δf)以及所选加权函数的有效噪声带宽ENBW乘积,详见FFT在图9中设置的报告。

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  图8:曲线C1是频带被捕获的有限噪声信号。曲线F3是V2/Hz的功率谱密度,线性垂直刻度单位。参数P7读取功率谱密度曲线下的面积,并与时间波形的平均值进行比较。后者是基于参数。

  9、使用缩放选通式FFT比较频谱分量

  偶尔你可能需要对捕获波形的一小部分执行FFT。这种情况通常是有疑问波形在时间上发生变化时发生的。大多数示波器允许你通过FFT控制中的选通功能或在捕获波形缩放基础上计算FFT来选通FFT过程。记住,不管是哪种情况,FFT分辨率带宽都将被确定为选通信号持续时间的倒数。由于选通部分短于整个波形,分辨率带宽将增加,FFT频率分辨率将降低。图10显示了对一个线性正弦扫描波形进行选通式FFT分析的例子。正弦波的频率在10ms扫描时长内从1MHz变化到80MHz(左上边的曲线M1)。

  在437μs和1.42 ms点采集了两个时长为5μs的缩放波形(左中是曲线Z1,左下是Z2)。整个波形的FFT(右上的F1)显示在整个扫描范围内具有统一的幅度。Z1和Z2的FFT显示了扫描过程中在所选时点的频率。

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  图9:使用缩放功能选通FFT的例子。在437μs和1.42 ms处采集的两个5μs缩放波形显示了作为时间函数的频率的差别。


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