示波器引數測量

2022-10-05 01:21:05 字數 1938 閱讀 3009

當示波器正確捕獲波形後,示波器可以對波形引數進行自動測量。這些波形引數主要包括下面幾個類別:

1)電壓引數/幅度引數:幅度,峰峰值,最大值,最小值,過衝,有效值等

2)時間引數:上公升時間/下降時間,週期/頻率,脈衝寬度,占空比,時間差,建立時間/保持時間等

3)眼圖引數:交叉百分比,占空比失真,眼高,眼寬,抖動等

4)如果示波器帶有抖動分析軟體,還可以測量抖動引數,如:時間間隔誤差,週期到週期抖動,抖動成分分解(rj,dj,isi,dcd,pj)等。

下面介紹典型的電壓引數和時間引數測量。

電壓引數和時間引數測量,都需要參考點,這是測量的關鍵點之一。在示波器裡,一般稱為:vtop和vbase。

vtop和vbase的測量計算是:採用幅度統計方法。

示波器的工作過程是:先對整個螢幕進行幅度統計分析,可以得出最大電壓的位置和最小電壓的位置,然後對最大最小幅度的上面40%部分進行統計分析,得到的平均值,此為vtop值;對最大最小幅度的下面40%部分進行統計分析,得到的平均值,此為vbase值。不用統計分析中間的20%部分,防止被測波形是3態訊號,而得出錯誤的結論。

如圖1所示。

圖1. 示波器vtop和vbase引數的測量

一旦測試出vtop和vbase,基於我們設定的測量門限(示波器的測量門限預設是10%,50%,90%),示波器可以對電壓和時間引數進行自動測量。

圖2. 幅度/最大值/最小值/峰峰值的測量

圖3. 過衝的測量

圖4. 上公升時間/下降時間的測量

圖5. 週期/頻率/脈寬/占空比的測量

圖6. 時間差/相位,建立時間和保持時間的測量

當我們想看波形的頻譜內容的時候,我們可以使用示波器自帶的fft運算功能。

示波器使用fft,不使用dft,因為fft具有更快的速度。

圖1. 示波器fft運算處理

示波器fft運算是把儲存器中的n點的波形轉換到n/2點的頻譜內容,轉換後的頻率範圍是:

0hz到fs/2(fs是取樣頻率)

頻譜解析度或兩點之間的頻譜間隔是:fs/n

nyquist頻率是:fs/2

0hz到fs/2的頻點是-fs/2到0hz頻點的映象,示波器忽略低於0hz的頻點,因為這些點不能提供額外的有用資訊。因此,示波器裡的n個取樣點的fft變換結果是n/2個頻率點。

示波器使用2的冪次方進行fft變換,所以使用的點數是小於等於儲存器中的點數,比如:儲存器中有1000個點,但是示波器僅僅使用前面的512個取樣點進行ff運算。

由於示波器選擇有限的點數進行fft運算,而fft在原理上是盡可能採用有限長度時間記錄來近似傅式變換對整個時間的積分。在隨時間不斷重複波形時,某些波形的形狀和相位可能會引入瞬變現象,如圖2所示。

圖2. fft運算導致的頻譜洩流

解決這個問題的辦法是加窗處理。示波器常用的視窗函式是:漢寧視窗,平頂視窗,均勻視窗/矩形視窗。

漢寧(hanning)視窗也叫hann視窗,是數字訊號處理中最普通的視窗之一。漢寧視窗的形狀如圖3所示。

圖3.1. 原始波形

圖3.2. 漢寧視窗

圖3.3. 加窗之後的時域波形

圖3.4. 加窗之後的頻譜

漢寧視窗引入的最大幅度誤差為1.5db(16%),這在某些應用中可能過大。視窗的形狀總是要在幅度精度與頻率分辨力之間進行折中。

與其他視窗相比,漢寧視窗有良好的頻率分辨力,但幅度精度則稍微偏低一些。

如果需要較高的幅度精度,可以使用平頂視窗,其最大幅度誤差為0.1db(1%),但是頻率分辨力較低。圖4是平頂視窗的形狀和正弦波加窗後的頻譜。

圖4.1. 平頂視窗

圖4.2. 加窗之後的頻譜

均勻視窗/矩形視窗實際上不是真正意義上的視窗,它對所有取樣都維持不變。儘管均勻視窗/矩形視窗有可能出現嚴重洩露問題,但是在某些情況下,時間記錄中的波形在記錄的兩端的值相同,因而消除了由fft引入的瞬變現象。這樣的波形稱為自開視窗。

像偽隨機雜訊、正弦波群、脈衝和衰減的正弦波這樣一些波形,全都可能是自開視窗。

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