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如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍

發(fā)布日期:2022-08-29 16:50:19         瀏覽數(shù):   

       您是否希望示波器測(cè)量盡可能好?不要滿足于普通的測(cè)量;只需正確選擇信號(hào)的顯示刻度,即可顯著提升測(cè)量質(zhì)量。為什么? 因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸勇屎头直媛试跍y(cè)量中同樣重要。

采樣率受示波器水平刻度的影響。其公式為:

采樣率 = 存儲(chǔ)深度/采集時(shí)間長(zhǎng)度

       存儲(chǔ)深度是一個(gè)恒定值,采集時(shí)間長(zhǎng)度(或跡線長(zhǎng)度)是一個(gè)變量,取決于您的每格時(shí)間設(shè)置。隨著時(shí)間/格設(shè)定值增加,采集時(shí)間長(zhǎng)度增加。由于這一切都必須適應(yīng)示波器的存儲(chǔ)深度,在某一點(diǎn)上,示波器的 ADC 將不得不降低采樣率。這實(shí)際上意味著什么?我們以 100kHz 方波的頻率測(cè)量為例。我們知道頻率為 100 kHz 且非常穩(wěn)定,因此我們可以利用測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差來(lái)判斷測(cè)量的質(zhì)量。圖 1 將 100 kHz 方波的水平顯示刻度設(shè)置為滿刻度 20 毫秒。并且,示波器的采樣率已自動(dòng)從 5 GSa/秒下降到 100 MSa/秒,以使整個(gè)跡線能夠保存到示波器的存儲(chǔ)器中。在大約 1500 次測(cè)量后,測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方差為 1.49 kHz(約 1.5%)。

如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍(圖1)

1.49 kHz 的標(biāo)準(zhǔn)方差

 

       但是,如果我們選擇更小的時(shí)間/格設(shè)置值,有效縮短采集時(shí)間長(zhǎng)度并提高采樣率,看看會(huì)發(fā)生什么。圖 2 所示為同一信號(hào),但水平刻度設(shè)為 1.2 微秒/格。標(biāo)準(zhǔn)方差現(xiàn)為 1.5 Hz,是我們之前測(cè)量結(jié)果的千分之一。

如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍(圖2)

1.5 Hz 標(biāo)準(zhǔn)方差

 

       所改變的只是信號(hào)的水平刻度以及示波器的采樣率。因此,選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ魉娇潭龋瑢?duì)于時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量有很大的影響。

      與水平刻度對(duì)時(shí)間相關(guān)測(cè)量有影響一樣,垂直刻度也會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量(電壓峰峰值、RMS 等)產(chǎn)生影響。我們?cè)俅我酝瑯拥?nbsp;100 kHz 方波為例,來(lái)看看峰峰值電壓。圖 3 中的信號(hào)定標(biāo)為 770 毫伏/格。測(cè)量結(jié)果峰峰值的標(biāo)準(zhǔn)方差為18 毫伏。將示波器的伏/格設(shè)置降至 66 毫伏/格,則測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差變成 1.22 毫伏。這幾乎改善了 15 倍!

如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍(圖3)

18 mV 標(biāo)準(zhǔn)方差

如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍(圖4)

1.22 mV標(biāo)準(zhǔn)方差 


       垂直刻度設(shè)置為什么會(huì)起到作用?通過(guò)設(shè)置信號(hào)刻度,使之盡可能填滿屏幕,我們就能完全利用示波器的分辨率優(yōu)勢(shì)。分辨率是 ADC 能夠達(dá)到多高精度的標(biāo)志。分辨率越高, ADC 能檢測(cè)的垂直電平數(shù)量越多。例如,下圖所示為一個(gè)2 位 ADC。紅色正弦波是 ADC 的模擬輸入,藍(lán)色波形是數(shù)字化輸入。您可以看到,出現(xiàn)了四個(gè)不同的量化電平。

如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍(圖5)

——模擬信號(hào)

——數(shù)字信號(hào)



      此圖所示為 3 位 ADC 對(duì)同一模擬波形進(jìn)行數(shù)字化處理的結(jié)果。量化電平數(shù)越多, ADC 的數(shù)字輸出就越接近模擬輸入。

如何讓你的示波器測(cè)量質(zhì)量提高1000倍(圖6)

——模擬信號(hào)

——數(shù)字信號(hào)



       如果垂直定標(biāo)的信號(hào)只填充了示波器屏幕的一部分,那么您實(shí)際上沒(méi)有充分利用 ADC 的分辨率。例如,如果您將信號(hào)定標(biāo)至占據(jù) 3 位 ADC 屏幕的一半,那么在信號(hào)上方和下方您會(huì)分別留下兩個(gè)未使用的量化電平。這意味著,您的 3位 ADC 只能使用四個(gè)量化電平,相當(dāng)于一個(gè) 2 位 ADC 的精度。

       搞清楚如何正確地設(shè)置示波器信號(hào)顯示刻度,能極大地改善您的測(cè)量質(zhì)量。適當(dāng)?shù)乃蕉?biāo)會(huì)顯著改善時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量,而適當(dāng)?shù)拇怪倍?biāo)則會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量產(chǎn)生積極影響。下一次使用示波器時(shí),請(qǐng)記住:正確設(shè)置信號(hào)刻度,可以獲得好的測(cè)量結(jié)果!


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