提起示波器想必大家都已經非常熟了,電子工程師的日常操作中就離不開它。對于經常使用的工程師,了解波器測量系統的質量是極為重要的。辨別質量的好壞可以通過檢查一些關鍵指標如帶寬、采樣率、存儲深度等,面對經驗更加豐富的工程師還會通過比較示波器的波形捕獲率、本底噪聲、ADC分辨率等一些不太注意的指標,來評價示波器,以此來確保進行更好的測量。
因此儀器中的一些參數也十分的重要,對于一些重要參數大家可能不會弄錯。但有一些極為甚小的參數卻往往被忽略,導致測量結果出現錯誤。今天的內容就一起來聊聊那些被忽略的參數吧!
1、波形捕獲率
示波器的波形捕獲率:單位為“wfm/s”轉換為中文通常被稱作“次/秒”、“幀/秒”。又可稱之為“波形刷新率”、“波形觸發率。
先可以先了解另外一個概念,顯示刷新率:顯示刷新率代表的則是屏幕每秒鐘刷新的次數,正常情況下人的肉眼刷新率大概約是60Hz左右,大家平常眼睛看到的示波器上面的波形在不斷的變化,可是肉眼能觀察信號的變化的速率只有60Hz左右,60次/秒。眼睛看到示波器上的波形在“不停地”變化,可實際上波形此次變化直到下次變化之間所對應的信號中有“極大量”的信號都已經“被漏失”了,大多數的信號并沒有顯示在示波器的屏幕上。
現在我們再回到波形捕獲率這個問題上,在此可知道數字示波器顯示波形的過程:信號通過探頭后進入示波器輸入通道,進入放大器,ADC,采集存儲器,之后示波器會將采集存儲器中的數據點傳輸到CPU單元進行顯示處理,測量和運算。數字示波器采樣、處理數據都需要一定的時間,因此這段時間稱為死區時間。簡單來說就是在這個時間段內的示波器不采樣,所以實際上不是所有波形我們都可以在屏幕上看到,我們看到的波形實際上是被分隔成一段一段的。如下所示:
同樣波形捕獲率也不是一直沒有變化的,它會受到示波器水平刻度、記錄長度、采樣率以及所選后處理功能(數學函數、測量和分析)等因素的影響。
可以簡單的計算一下:示波器屏幕的水平軸是1us,較好的狀態下無死區時間捕獲的話1s時間能夠捕獲1百萬個屏幕,現在示波器的波形捕獲率一般在幾萬到幾十萬之間,對比可知捕獲的波形漏失了許多。
假設示波器屏幕的水平軸是1ms,理想狀態無死區時間捕獲的話1s時間可以捕獲1千個屏幕,此時示波器是不是能夠無縫捕獲波形了呢?
我們可以知道的是記錄長度越大,數據處理的時間也就越長,波形捕獲率也就越低。
高波形捕獲率在示波器采集很短時間內能夠提高捕獲異常信號的幾率,但這樣也不能確保信號都被捕獲,對此問題示波器有沒有不漏失信號的采集方法呢?
2、示波器采用滾動模式(ROLL)模式采集
優點:示波器把每一個采樣點全部顯示到了屏幕上,沒有死區時間。
缺點:只有記錄長度大的示波器才能保證高采樣率。
3、深存儲的利用
采用大容量存儲記錄下來的波形數據量很大,波形很密集,不便進行觀察,需要有更好的工具來分析。
1.實時雙窗口放大
采用大容量存儲記錄下來的波形數據量比較大,波形也十分密集,不便進行觀察,需要有更好的工具來分析。
2.波形搜索
3、噪聲指標
示波器在不同垂直量程和偏置下的底噪聲是判斷示波器測量質量的一個很好指標,噪聲的大小可以告訴用戶示波器的前端和ADC電路設計得有多純凈,考慮到示波器的底噪聲會增加額外的抖動且減小設計裕量。正常情況下,示波器帶寬越高,其內部噪聲也會越高。
在現階段高質量示波器的底噪聲已經能夠達到200uV甚至是更加低。
4、ADC指標
之前介紹示波器基礎的時候已經了解過示波器采樣率,采樣率是ADC的基本指標之一。ADC的分辨率:代表著ADC的位數,示波器通常是8位ADC,它可以分辨的小量化電平為參考電平(滿量程)的256分之一。
ADC的精度:是幅度測量結果與信號實際幅度的接近程度。某些數字示波器采用高分辨率ADC,數據上可能看到它們的精度要高于8位產品,但實際上不一定是這樣的。對于高頻示波器還引入了有效位數(ENOB)這一評價指標。
5、使用采樣技術提升垂直分辨率
數字示波器還能夠采用數字信號處理來提升數字示波器的垂直分辨率,以下主要介紹以下兩種方法:
? 平均采集模式。
? 高分辨率采集模式。
1.平均采集模式
平均采集模式:是多次觸發采集重復的信號,然后經過使用來自兩次或兩次以上采集的數據,此類模式逐點平均采集中對應的數據點,形成輸出波形。
? 優點:平均模式改善了信噪比,降低了與觸發無關的噪聲,提高了垂直分辨率。
? 缺點:要經過多次觸發采集,在此只可以觀察重復信號。
算術平均:
指數平均:
平均采集模式增強分辨率:
2.高分辨率采集模式
高分辨率采集模式:通過計算及顯示多個順序樣點的波形串平均值來實現。單次采集也可以使用,高采樣率為大采樣率的一半。
高分辨率采集模式增強分辨率:
高實現12位的分辨率。