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  • 示波器參數(shù)測(cè)量究竟是如何保證精度的
    示波器參數(shù)測(cè)量究竟是如何保證精度的
  • 示波器參數(shù)測(cè)量究竟是如何保證精度的
  •   發(fā)布日期: 2018-09-17  瀏覽次數(shù): 1,349

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

     

    ZDS系列示波器提供了非常豐富的測(cè)量功能,測(cè)量項(xiàng)目最多可達(dá)51種。工程師在使用時(shí)遇到的問(wèn)題多是因?yàn)閷?duì)細(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(kāi)你的疑惑。

    一、參數(shù)測(cè)量的使用方法

    打開(kāi)測(cè)量比較簡(jiǎn)單,記住兩個(gè)要點(diǎn):

    1、我要測(cè)量哪個(gè)通道?

    2、我要測(cè)什么?

    圖1 打開(kāi)測(cè)量

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

    二、參數(shù)測(cè)量算法分析

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

    與電壓相關(guān)的測(cè)量,相對(duì)比較簡(jiǎn)單,最大值(Vmax)與最小值(Vmin)可通過(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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。

    圖2 電壓相關(guān)項(xiàng)的測(cè)量

    與時(shí)間相關(guān)的測(cè)量項(xiàng),需要使用頂部值(Vtop)和底部值(Vbase),然后再通過(guò)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(shí)間相關(guān)的測(cè)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%。

    圖3 時(shí)間相關(guān)項(xiàng)的測(cè)量

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

    圖4 頂部值、底部值與最大值,最小值相同

    三、測(cè)量與統(tǒng)計(jì)算法分析

    測(cè)量與統(tǒng)計(jì)的原理很簡(jiǎn)單。先要理解一個(gè)概念,同一個(gè)測(cè)量項(xiàng)在同一次測(cè)量中可能會(huì)遇到多次,如周期,一段波形可能有N個(gè)周期。這樣就出現(xiàn)了新的問(wèn)題,周期的測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)波形的哪個(gè)周期?為了解決這種不對(duì)應(yīng)的問(wèn)題,并讓測(cè)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(lái)描述測(cè)量結(jié)果,分別如下:

    • 當(dāng)前值(Current):表示第一個(gè)測(cè)量值,對(duì)應(yīng)圖5中①的位置。

    • 最大值(Max):表示所有測(cè)量值中的最大值,對(duì)應(yīng)圖5中②的位置。

    • 最小值(Min):表示所有測(cè)量值中的最小值,對(duì)應(yīng)圖5中③的位置。

    • 平均值(Avg):表示所有測(cè)量值的累加平均值,對(duì)應(yīng)圖5中的三個(gè)位置的累加平均值。

    • 標(biāo)準(zhǔn)差(Stdev):表示所有測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差,對(duì)應(yīng)圖5中的三個(gè)位置的標(biāo)準(zhǔn)差。

    • 次數(shù)(Count):表示測(cè)量值的個(gè)數(shù),對(duì)應(yīng)圖5中的三個(gè)位置。

    圖5 測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能周期

    小結(jié):測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能默認(rèn)是關(guān)閉,可在菜單中打開(kāi)。統(tǒng)計(jì)關(guān)閉時(shí),僅顯示當(dāng)前值(Current),統(tǒng)計(jì)打開(kāi)時(shí),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(gè)數(shù)為42個(gè)。

    圖6 統(tǒng)計(jì)功能可手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉

    四、自定義測(cè)量范圍

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

    第一步:設(shè)置測(cè)量范圍為光標(biāo)區(qū)域;

    第二步:調(diào)整光標(biāo)位置,指定測(cè)量的范圍。

    圖7 自定義測(cè)量區(qū)域

    總結(jié):

    測(cè)量功能很強(qiáng)大,但也很復(fù)雜,實(shí)際應(yīng)用時(shí)如果對(duì)結(jié)果不夠確定,可以先排查測(cè)量結(jié)果是電壓類(lèi)型還是時(shí)間類(lèi)型,電壓類(lèi)型則重點(diǎn)檢查輸入通道設(shè)置是否正確,如探頭比;時(shí)間類(lèi)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(cè)量功能,使用了全硬件加速處理,能對(duì)全屏幕的所有原始(不抽樣)樣本點(diǎn)進(jìn)行分析,同時(shí)執(zhí)行51項(xiàng)參數(shù)測(cè)量,處理速度非常快,是全球唯一一款具備51種“真正意義”參數(shù)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)功能的示波器。


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