深挖示波器潛力，擴展示波器應用范圍
更新時間：2024-01-22 點擊次數：1507
力科示波器集成了非常豐富的測量分析功能，工程師常用的只是其中的一部分，實際上，示波器具有的功能遠不止這些，本文總結了10個可能令你感到驚奇的示波器應用，其中任何一個應用你都會發(fā)現非常有用。
1、使用示波器的快速邊沿信號和函數運算功能測試頻率響應
頻率響應測量需要具有平坦頻譜的信號源，可將示波器的快沿信號用作階躍信號源，再利用示波器的導數運算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)功能就可以獲得頻率響應。下圖顯示了獲得輸入信號和37MHz低通濾波器的頻率響應的過程步驟。
先將快速邊沿測試信號應用于濾波器的輸入端(左上)，然后對濾波器輸出(右上曲線)進行求導(右中)，最后做FFT(右下)，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的輸入階躍信號的平坦的頻率響應。快速邊沿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。
2、使用示波器低通數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)數學函數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，只有你能訪問數字低通濾波器的輸入和輸出端時這個功能才能實現，下圖顯示了具體實現過程，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)，最后形成的信號就是經過高通濾波后的信號，它的頻譜曲線如F2(底部曲線)所示。
輸入信號C1是一個窄脈沖信號，函數曲線F1(中心曲線)是使用示波器ERES數字濾波器對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的頻率分量。
函數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的0.293處的頻率就是高通濾波器的-3dB點。
3、使用排它型觸發(fā)器來尋找間歇性事件
智能觸發(fā)器可以根據寬度、周期或占空比等波形特征進行觸發(fā)，還能根據事件處于范圍之內或范圍之外進行觸發(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)，如下圖所示。
在這個例子中，示波器被設置為只對寬度超過48±0.8ns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，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)，直到異常脈沖出現。
4、利用趨勢功能和觸發(fā)釋抑作為自定時數據記錄器趨勢圖是按采集順序顯示的被測參數值，下圖就是這樣一個例子，采用靈敏度為39μV/℃的熱探頭測量振蕩器的內部溫度，與此同時，采集振蕩器輸出信號的頻率。每個趨勢圖中的100次測量都是經過100次采集得到的。觸發(fā)源是振蕩器的輸出，
正常情況下，示波器會以其標稱刷新率進行觸發(fā)。為了防止發(fā)生這種現象，并且在兩次測量之間設置已知的延時，可以使用觸發(fā)抑制功能。使用觸發(fā)釋抑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。再用重定時函數將溫度傳感器的電壓讀數轉換為攝氏度。在1000秒時間內采集到的內部溫度(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。
幅度調制(調幅)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函數和力科示波器中稱為增強分辨率(ERES)的數字低通濾波器來實現。這使得準確提取調制包絡的形狀變得容易。
下圖顯示了一個這樣的實例，左上邊的曲線是采集到的調幅信號，左下邊的曲線是應用絕對值函數后的，絕對值提供全波整流效果。從調幅信號中提取調制包絡的步驟，絕對值函數用于"檢測"信號，ERES濾波可以消除高頻載波，從而產生干凈的調制包絡。
稀疏函數和ERES函數組合用于對絕對值函數處理后的波形進行低通濾波，形成如右上邊曲線所示的調制包絡。
稀疏函數能夠有選擇地降低采集波形的采樣率，用于幫助設置作為采樣率函數的 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。
右下方柵格中的曲線是輸入 AM 調制信號和提取的包絡的疊加顯示，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。
力科示波器提供追蹤功能，可以根據被測參數的逐周期變化產生波形。追蹤函數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在一起。這樣就提供了解調調頻(FM)、調相(PM)或脈寬調制(PWM)信號的一種方法。
下圖顯示了使用時間間隔誤差(TIE)參數的追蹤圖解調調相(PM)波形的實例。使用TIE參數追蹤圖可以繪制出PM波形每個周期的瞬時相位與時間的關系圖，從而實現對調相信號的解調。
TIE 是波形上的閾值交叉點與該閾值交叉點的理想位置之間的時間差。它本質上是信號的瞬時相位。因此TIE的追蹤圖顯示了載波相位的周期性變化，生成的波形顯示了在時間上與原始調制載波同步的相位變化。
圖中的垂直刻度是時間單位，通過簡單的調整操作很容易轉換為相位。類似的，頻率參數追蹤圖可以顯示調頻載波的調制信號，脈沖寬度追蹤圖可以解調PWM。
7、向示波器的快速傅里葉變換增加"最大值保持"功能
頻譜分析儀提供的峰值或''最大值''保持功能在掃頻測量時非常有用，大多數示波器標配的FFT沒有提供這個功能，需要額外的選件才有這個功能，但示波器提供最高或最大函數，與FFT結合起來就可以保持FFT中每個頻率點發(fā)生的最大幅度，下圖是實現的方式。
紅色曲線F2(中心)顯示了FFT中的每個頻率的峰值或最大值。曲線F1(底部)是未應用最高或最大值函數的FFT原始頻譜。F2描述符顯示了最高函數的設置。曲線F2中顯示的最高(或最大)函數將保持FFT中每個頻率點的峰值幅度，因此允許用戶看到每個頻點的最大響應。
偶爾你可能需要對捕獲波形的一小部分執(zhí)行FFT，這種情況通常發(fā)生在有問題的波形隨時間一直在變化時。力科示波器允許你通過FFT控制中的選通功能或在縮放波形上計算FFT。記住，不管是哪種情況，FFT分辨率帶寬都將被確定為選通信號持續(xù)時間的倒數。由于選通部分比整個波形要短，分辨率帶寬將增加，FFT頻率分辨率將降低。
下圖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時間內從1MHz變化到80MHz(左上邊的曲線M1)。在437μs和1.42ms點選擇了兩個持續(xù)時間為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，在437μs和1.42ms處采集的兩個5μs縮放波形顯示了作為時間函數的頻率的差別。
示波器一般都提供多種工具捕獲串行數據碼型，可選的串行觸發(fā)和解碼功能可以對特定標準的串行數據進行操作。力科示波器提供另一種串行碼型捕獲技術是WaveScan搜索功能。這種數據搜索引擎是力科示波器的標配功能，下圖顯示了使用WaveScan捕捉串行碼型的實例。
串行碼型搜索模式將搜索以二進制或16進制輸入的2位至64位長度的碼型，除了串行碼型外，用戶還必須輸入串行數據的速率，這些參數包含在“NRZ-to-Digital"標簽內，用于串行碼型識別的物理參數設置中，除了數據速率，還有斜率和數據的邏輯閾值。
當檢測到所選的碼型時，WaveScan的7個動作中任何一個都可以被觸發(fā)。上面實例所選的動作是：停止采集。
全部實例測量是力科示波器對采集波形的每個周期進行時序測量的能力。如果你測量每個周期，你可以顯示追蹤圖，顯示被測參數隨時間的變化，而該變化與采集信號是同步的。
采集信號是一個具有781個周期的4MHz正弦波。從上升時間參數(P1)統(tǒng)計數據看，我們可以發(fā)現每個周期都做了一次測量，因此共有781個值。上升時間的平均值是2.88ns。最小值是接近平均值的2.8ns，但最大值是27ns。打開上升時間追蹤圖F1，我們可以在波形中間附近看到一個峰值。追蹤圖顯示了每個周期的測量值隨時間變化。它在時間上與C1中所采集的波形是同步的。
將縮放軌跡Z1和Z2分別用作C1和F1的縮放圖，同時應用多次縮放功能進行水平跟蹤，我們可以擴展它們尋找到對應于最大上升時間值的特定周期。
這是全部實例測量的優(yōu)勢。你可以見到以單個周期為基礎的波形時序變化。這種技術可以代替WaveScan搜索功能尋找我們的優(yōu)勢：力科、是德、泰克、日置、海思、固緯、安柏、艾德克斯、普源、同惠、艾諾等
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