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zczc777
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樓主  發(fā)表于: 2008-11-29 12:16


數(shù)字示波器使用必須注意問題

  數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異,如果使用不當(dāng),會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差,從而影響測(cè)試任務(wù)。
區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬
  帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值,而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬,數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)(數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K),一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出,模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量,而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆,實(shí)際上指的是模擬帶寬,數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz,實(shí)際上是指其模擬帶寬為 500MHz,而最高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí),一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬,否則會(huì)給測(cè)量帶來意想不到的誤差。
有關(guān)采樣速率
  采樣速率也稱為數(shù)字化速率,是指單位時(shí)間內(nèi),對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù),常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
  1.如果采樣速率不夠,容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象
  如果示波器的輸人信號(hào)為一個(gè)100KHz的正弦信號(hào),數(shù)字示波器顯示的信號(hào)頻率卻是50KHz,這是怎么回事呢?這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍a(chǎn)生了混迭現(xiàn)象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號(hào)的實(shí)際頻率,或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了,而顯示的波形仍不穩(wěn)定。混迭的產(chǎn)生如圖1所示。那么,對(duì)于一個(gè)未知頻率的波形,如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢?可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔,看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變,如果是,說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生;或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩(wěn)定下來,也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理,采樣速率至少高于信號(hào)高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭,如一個(gè)500MHz的信號(hào),至少需要1GS/s 的采樣速率。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生:
  ·調(diào)整掃速;
  ·采用自動(dòng)設(shè)置(Autoset);
  ·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測(cè)方式,因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值,而峰值檢測(cè)方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找最大最小值,這兩種方法都能檢測(cè)到較快的信號(hào)變化。

  ·如果數(shù)字示波器有Insta Vu采集方式,可以選用,因?yàn)檫@種方式采集波形速度快,用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。
  2.采樣速率與t/div的關(guān)系
  每臺(tái)數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個(gè)定值。但是,在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div,采樣速率fs由下式給出:
      fs=N/(t/div)       N為每格采樣點(diǎn)
  當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí),fs與t/div成反比,掃速越大,采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù):
表1掃速與采樣速率
t/div(ns)1252550100200fs(GS/s)502510210.50.25
  綜上所述,使用數(shù)字示波器時(shí),為了避免混迭,掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺,掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。
數(shù)字示波器的上升時(shí)間
  在模擬示波器中,上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中,上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測(cè)量方法的原因,以致于自動(dòng)測(cè)量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān),如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間,這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn),則同樣的波形,上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外,上升時(shí)間還與掃速有關(guān),下面是TDS520B測(cè)量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù):
表2掃速與上升時(shí)間
t/div(ms)502010521tr(μs)800320160803216
  由上面這組數(shù)據(jù)可以看出,雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值,而用數(shù)字示波器測(cè)量出來的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無關(guān),而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān),還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān),使用數(shù)字示波器時(shí),我們不能象用模擬示波器那樣,根據(jù)測(cè)出的時(shí)間來反推出信號(hào)的上升時(shí)間。

  數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異,如果使用不當(dāng),會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差,從而影響測(cè)試任務(wù)。
區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬
  帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值,而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬,數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)(數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K),一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出,模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量,而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆,實(shí)際上指的是模擬帶寬,數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz,實(shí)際上是指其模擬帶寬為 500MHz,而最高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí),一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬,否則會(huì)給測(cè)量帶來意想不到的誤差。
有關(guān)采樣速率
  采樣速率也稱為數(shù)字化速率,是指單位時(shí)間內(nèi),對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù),常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
  1.如果采樣速率不夠,容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象
  如果示波器的輸人信號(hào)為一個(gè)100KHz的正弦信號(hào),數(shù)字示波器顯示的信號(hào)頻率卻是50KHz,這是怎么回事呢?這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍a(chǎn)生了混迭現(xiàn)象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號(hào)的實(shí)際頻率,或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了,而顯示的波形仍不穩(wěn)定。混迭的產(chǎn)生如圖1所示。那么,對(duì)于一個(gè)未知頻率的波形,如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢?可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔,看波形的頻率參數(shù)是否急劇改變,如果是,說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生;或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩(wěn)定下來,也說明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理,采樣速率至少高于信號(hào)高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭,如一個(gè)500MHz的信號(hào),至少需要1GS/s 的采樣速率。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生:
  ·調(diào)整掃速;
  ·采用自動(dòng)設(shè)置(Autoset);
  ·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測(cè)方式,因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值,而峰值檢測(cè)方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找最大最小值,這兩種方法都能檢測(cè)到較快的信號(hào)變化。

  ·如果數(shù)字示波器有Insta Vu采集方式,可以選用,因?yàn)檫@種方式采集波形速度快,用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。
  2.采樣速率與t/div的關(guān)系
  每臺(tái)數(shù)字示波器的最大采樣速率是一個(gè)定值。但是,在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div,采樣速率fs由下式給出:
      fs=N/(t/div)       N為每格采樣點(diǎn)
  當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N為一定值時(shí),fs與t/div成反比,掃速越大,采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數(shù)據(jù):
表1掃速與采樣速率
t/div(ns)1252550100200fs(GS/s)502510210.50.25
  綜上所述,使用數(shù)字示波器時(shí),為了避免混迭,掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺,掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。
數(shù)字示波器的上升時(shí)間
  在模擬示波器中,上升時(shí)間是示波器的一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中,上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測(cè)量方法的原因,以致于自動(dòng)測(cè)量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān),如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點(diǎn)中間,這時(shí)上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點(diǎn),則同樣的波形,上升時(shí)間為數(shù)字化間隔的1.6倍。另外,上升時(shí)間還與掃速有關(guān),下面是TDS520B測(cè)量同一波形時(shí)的一組掃速與上升時(shí)間的數(shù)據(jù):
表2掃速與上升時(shí)間
t/div(ms)502010521tr(μs)800320160803216
  由上面這組數(shù)據(jù)可以看出,雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值,而用數(shù)字示波器測(cè)量出來的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無關(guān),而數(shù)字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān),還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān),使用數(shù)字示波器時(shí),我們不能象用模擬示波器那樣,根據(jù)測(cè)出的時(shí)間來反推出信號(hào)的上升時(shí)間。
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1樓  發(fā)表于: 2009-02-07 20:05
謝謝!       

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