九個示波器應(yīng)用技巧

　　目前，中檔示波器比大多數(shù)工程師使用更多的功能。本文總結(jié)了九個示波器應(yīng)用技巧，可能會讓你感到驚訝。你會發(fā)現(xiàn)其中任何一個都很有用！

　　1、使用示波器的快速邊沿功能和數(shù)學(xué)運算來實現(xiàn)頻率響應(yīng)測試

　　頻率響應(yīng)測量需要一個平坦頻譜的信號源。待測設(shè)備的脈沖響應(yīng)可以通過將示波器的快速邊緣測試信號作為跳躍信號源，然后使用示波器的衍生功能來獲得。然后使用快速傅里葉變換(FFT)功能得到頻率響應(yīng)。圖1顯示了37MHz低通濾波器獲取輸入信號的頻率響應(yīng)和頻率響應(yīng)的過程步驟。

　　圖1：首先在濾波器的輸入端(左上角)加入快速邊緣測試信號，然后用濾波器輸出(右上角曲線)進行微分(右中角)，最后求FFT的平均值(右下角)得到濾波器的頻率響應(yīng)。左下角曲線中的頻譜顯示了微分階躍輸入信號的頻率平整度。

　　在這次測量的100MHz范圍內(nèi)，快速邊緣測試信號的上升時間約為800ps，帶寬約為400MHz。

　　2、是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

　　假如您的示波器可以使用增強分辨率等(ERES)如果數(shù)學(xué)函數(shù)等功能對信號進行低通過濾波，那么您可以對相同的信號進行高通過濾波。請注意，只有當您能夠訪問數(shù)字低通過濾波器的輸入和輸出端時，才能實現(xiàn)這一功能。圖2顯示了具體的實現(xiàn)過程。

　　圖2：如數(shù)學(xué)曲線F2(底部曲線)的頻譜所示，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)形成的信號具有高通特性。

　　輸入信號曲線C1是一個非常狹窄的脈沖。使用示波器ERES數(shù)字濾波器過濾C1信號的數(shù)學(xué)曲線F1(中心曲線)。從輸入信號中減去濾波器曲線后形成的信號只是高頻成分。曲線F2在完成高通信號FFT的同時進行減法操作，所以你可以看到高通信號的特性。低通信響應(yīng)降至0.293最大響應(yīng)頻率為高通信濾波器-3dB點。

　　3、只有具有特定形狀或測量參數(shù)的信號才能平均進行

　　能夠根據(jù)波形模板或參數(shù)化測量提供通過/失敗測試并能將符合通過/失敗標準的波形存儲在內(nèi)存中的示波器，可以有選擇地將這些波形添加到示波器的平均功能中。為了啟用這個功能，首先應(yīng)該根據(jù)波形模板和/或目標極限內(nèi)的測量參數(shù)輸入通過/失敗標準。通過測試時，應(yīng)將波形存儲在內(nèi)部存儲器中。啟動平均功能平均存儲內(nèi)容。因此，只有符合測試標準的波形才會添加到平均內(nèi)容中。圖3顯示了這樣一個完整的過程。

　　圖3：只有波形模板中包含的波形才能平均選擇。通道1曲線(C1)與模板不匹配，紅圈指出位于模板外的區(qū)域。最終接受的曲線存儲在內(nèi)存曲線M1中，整個曲線位于模板中。數(shù)學(xué)曲線F1顯示的累積平均曲線只是平均累積落入模板的波形。

　　通過/失敗測試是一種完全落入模板的波形(藍色顯示)的測試。內(nèi)存M1中存儲的符合標準的波形并添加到功能曲線F1中的平均曲線中。不符合標準的波形將被丟棄，永遠不會出現(xiàn)在平均曲線中。

　　4、通過使用排其型觸發(fā)器只捕捉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)選定的波形特征，如寬度、周期或占空比。幾家廠商的產(chǎn)品也可以根據(jù)范圍內(nèi)或范圍外的智能觸發(fā)事件進行觸發(fā)。這個觸發(fā)器是一個排他性的觸發(fā)器，只能用來觸發(fā)異常事件，如圖4所示。在這個例子中，示波器只設(shè)置為寬度超過48?！烙|發(fā)0.8ns的脈沖。這種觸發(fā)器在遇到寬度為52.6ns的大脈沖之前不會觸發(fā)。由于示波器只觸發(fā)寬度超過標稱值為48ns的脈沖，因此沒有刷新速度的問題。它通常處于“等待”狀態(tài)，直到出現(xiàn)異常脈沖寬度。

　　圖4：只有488以上的脈沖寬度±脈沖觸發(fā)在0.8ns范圍內(nèi)的排其型觸發(fā)器。所以示波器只在遇到52.6ns大脈沖時才被觸發(fā)，所有正常的48ns寬脈沖都被示波器忽略了。

　　5、將趨勢函數(shù)和觸發(fā)器延遲用作自定時數(shù)據(jù)記錄器

　　趨勢圖是按照采集順序顯示的被測參數(shù)值圖。圖5就是這樣一個例子。例子中的靈敏度為39μV/℃熱探頭測量振蕩器內(nèi)部溫度。同時，獲得在單個周期內(nèi)獲得的頻率。每個趨勢的100次測量是通過100次采集獲得的。觸發(fā)源是振蕩器的輸出。一般情況下，示波器會以其標稱刷新率觸發(fā)。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，并在兩次測量之間設(shè)置已知的延遲，觸發(fā)器的延遲功能可以使用。兩次采集之間的時間可以設(shè)置為10秒，所以總測量間隔為1000秒。然后用參數(shù)化數(shù)學(xué)調(diào)整函數(shù)將溫度傳感器的電壓氏度轉(zhuǎn)換為溫度傳感器。

　　圖5：內(nèi)部溫度(曲線F2)和振蕩器輸出頻率(曲線F1)的趨勢圖在1000秒內(nèi)收集到，反映了振蕩器的熱響應(yīng)特性。

　　6、檢測頻率、相位和脈寬調(diào)制信號

　　很多中檔示波器都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。軌跡功能與源波形在時間上是同步的，因此頻率、寬度或相位的變化很容易與源波形聯(lián)系在一起。這提供了對調(diào)頻的理解(FM)、調(diào)相(PM)或脈寬調(diào)制(PWM)一種信號方法。圖7顯示了使用時間間隔誤差(TIE)軌跡解調(diào)調(diào)相參數(shù)(PM)一個波形的例子。

　　圖6：PM波形每個周期的瞬時相位與時間之間的關(guān)系圖可以通過TIE參數(shù)軌跡繪制，從而實現(xiàn)對調(diào)信號的解調(diào)。

　　TIE是跨越波形的閾值和跨越理想位置的閾值之間的時間差。事實上，它是信號的瞬時相位。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，并在時間上與原始調(diào)制載波同步。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)換成相位。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)。

　　7、向示波器快速傅里葉轉(zhuǎn)換增加“最大值保持”功能

　　在掃正弦頻率響應(yīng)測量中，頻譜分析儀提供的峰值或‘最大值’保持功能非常有用。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的數(shù)學(xué)函數(shù)，可以通過與FFT結(jié)合來保持FFT中每個頻率單元點發(fā)生的最大幅度。圖8提供了這個功能的例子。

　　圖7：在掃頻正弦波FFT中，紅色曲線F2(中心)顯示每個頻率的峰值或最大值。曲線F1(底部)是FFT，沒有使用最高或最大值。F2描述符盒顯示了最大功能的設(shè)置。

　　當輸入正弦波掃描整個頻率范圍時，曲線F2中顯示的最高(或最大)函數(shù)將保持每個頻率單元點在FFT中的峰值范圍，從而允許用戶看到每個頻率點的最大響應(yīng)。

　　8、計算單位為V2/Hz的波形功率譜密度

　　以對數(shù)形式的dBm和dBm/Hz為單位，分別顯示功率譜和功率譜密度譜。(PSD)。V2/Hz或Hz或噪聲分析等應(yīng)用要求V/√Hz和其他線性單位的功率譜密度。線性刻度的功率譜密度測量可以通過使用少量的FFT和重新調(diào)整數(shù)學(xué)函數(shù)運算來完成。圖9顯示了這種測量的FFT設(shè)置。FFT輸出類型設(shè)置為平方量級，以便使用垂直單位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，即分辨率帶寬(Δf)以及所選加權(quán)函數(shù)的有效噪聲帶寬ENBW乘積，詳見FFT在圖9中設(shè)置的報告。

　　圖8：曲線C1是頻帶被捕獲的有限噪聲信號。曲線F3是V2/Hz的功率譜密度，線性垂直刻度單位。參數(shù)P7讀取功率譜密度曲線下的面積，并與時間波形的平均值進行比較。后者是基于參數(shù)。

　　9、使用縮放選通式FFT比較頻譜分量

　　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(chǔ)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437μs和1.42 ms點采集了兩個時長為5μs的縮放波形(左中是曲線Z1，左下是Z2)。整個波形的FFT(右上的F1)顯示在整個掃描范圍內(nèi)具有統(tǒng)一的幅度。Z1和Z2的FFT顯示了掃描過程中在所選時點的頻率。

　　圖9：使用縮放功能選通FFT的例子。在437μs和1.42 ms處采集的兩個5μs縮放波形顯示了作為時間函數(shù)的頻率的差別。