图1:低通频率响应
图2:最大平坦频率响应
表1:根据需要的精度和示波器频率响应的类型计算示波器所需带宽的系数
从图中可以看出,该示波器主要只通过了该时钟信号的100MHz基本频率成分,因此,时钟信号显示出来大约是正弦波的形状。带宽为100MHz的示波器对许多时钟速率在10MHz 到 20MHz 范围的基于MCU的8bit设计而言可能非常合适,但对于这里测量的100MHz的时钟信号就明显不够了。
从图中可以看出,该示波器最高能捕捉到信号的5次谐波,这恰好满足了我们在前面给出的第一个经验建议。但在我们测量上升时间时发现,用这台示波器测量得到的上升时间约为750ps。在这种情况下,示波器对信号上升时间的测量就不是非常准确,它得到的测量结果实际上很接近它自己的上升时间(700ps),而不是输入信号的上升时间(接近500ps)。这说明,如果时序测量比较重要,那么我们就需要用更高带宽的示波器才能满足这一数字测量应用的要求。
图5
图6
图7
图8
一、尽量扩大测量动态范围 1)通过计算平均值提高测量分辨率 2)利用高分辨率采集提高测量分辨率 3)使用交流耦合去除直流偏置 4)使用示波器和探头限制带宽 二、选择优化信号完整性的探测方法 5)使用差分探头进行安全且精确的浮置测量 6)不要选择耦合辐射功率的探测附件 7)选择避开示波器较为灵敏设置的探头 三、巧用示波器计算功率 介绍了如何在TeledyneLeCroyHDO6000示波器上使用功率分析软件包获得功率值,不再需要费劲地做正确的数学计算。 不管是模拟还是数字示波器都是电压响应仪器。电流是用合适的变换电路测量得到的,通常是用电流探针或阻性分流电路。示波器显示器上显示的是电压或电流对时间的瞬时函数。这两个数值的乘积就是瞬时功率。 瞬时电压(通道1)和电流(通道2)的乘积就是瞬时功率,如图底部的线路功率轨迹所示。注意,功率波形中包含一个两倍于电流或电压频率的波形,并且有一个直流偏移量。这个直流偏移量代表了向负载提供的平均功率。平均功率或有功功率用符号P表示,测量单位是瓦特(W)。有功功率通过判断瞬时功率波形的平均值自动确定。在这个例子中,有功功率显示为参数rpwr,其值为25.11W。 有效(rms)电流和有效(rms)电压的乘积被称为视在功率。视在功率用符号S表示,测量单位是伏安(VA)。在上述这个例子中,视在功率等于: S=120.59*0.328=39.6VA 视在功率是自动计算和显示的,参数为apwr。对于阻性负载来说,视在功率和平均功率是相等的。 平均功率与视在功率之比就是功率因数。在正弦波信号的情况下,功率因数等于电流与电压波形之间相位角的余弦值。功率因数的计算更常见的是有功功率与视在功率的比值。在本例中,功率因数也是自动计算和显示的,使用参数pf。功率因数值为0.633。 Icrest是电流波形的振幅因数。振幅因数是电流峰峰值与有效值的比值。 无功功率N可以使用以下公式代入有功功率和视在功率计算得到: N=(S2-P2)1/2 无功功率的单位是伏安无功或VAR。大多数用户对有功功率和功率因数感兴趣,因此无功功率没有自动计算。
当示波器停止采样时,将原来的波形垂直放大后会存在锯齿状,这是什么原因呢?这里跟跟大家一起剖析一下。
本文以ZDS4054Plus示波器为测试工具,原因阐述
1、运行状态下
当示波器处于【Run】时,示波器模拟前端会根据不同的垂直档位,始终会将信号的幅度调理到ADC合适的范围内,再进行量化,所以运行状态下的波形放大,不会存在锯齿现象。
·在200mv/div的档位下,垂直分辨率(25LSB/div)为8mv
·在50mv/div的档位下,垂直分辨率(25LSB/div)为2mv
垂直档位越小,分辨率越高,则采集到的波形测量精度就越高,这个就是推荐波形尽量铺满格子的原因。
2、停止状态下
在停止状态下波形不进行采集,也就是停止状态无论垂直档位怎么变化,仍然会保持停止时(200mv/div)的垂直精度8mv,所以当把波形的垂直方向放大4倍时(50mv/div),那么采样点与采样点之间的垂直距离就会变大,当然这仅仅只是进行数字化放大,示波器此时会进行插值保持,插值保持下波形会以阶梯的形式连接,这也是产生锯齿的原因。
理解误区:插值保持与插值算法有关么?
前面我们提到了插值保持,那么有的工程师可能就会想到,会不会是由于插值算法的原因导致了波形放大后出现了锯齿状呢?毕竟线性插值是以点的方式连接,出现锯齿状也很正常。答案是否定的,下面从原理层来分析一下。
首先解释一下何谓插值算法,对于很多示波器都会有不同的插值模式,常见的分为正弦插值和线性插值,在实际使用过程中,如果示波器ADC的采样率不足以恢复真实信号,我们需选择不同的插值方式进行测试分析:
1、正弦插值
正弦内插是示波器默认的插值方式,也是常用的插值方式。通过正弦内插的方式,能够比较准确和平滑地还原真实波形信号。利用曲线来连接样点,通用性更强。这种方法弯曲信号波形,使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。如图4所示为采样正弦插值的方式,观察到的放大后的波形。
2、线性插值
线性内插是较为简单的插值方式,计算量最小。在ADC的相邻采样数据点之间按照线性多项式的计算方式插入一个计算值,插入的这个点为相邻两个采样点连线上的值。如下图5所示位采用线性内插方式测试波形,是通过点与点之间的直接连接形成的波形,细节上能够看到类似于锯齿波的形状,这种插值方式局限于直边缘的信号。
通过这两种插值方式对比,大家会发现正弦内插利用曲线连接采样点,线性内插通过点与点之间的连接形成波形,大家可能会倾向于线性插值的原因形成了放大之后的锯齿状。需要注意的是:插值算法是在ADC采样时进行的,当采样停止后,示波器才会进行插值保持,插值保持下采样点之间会以阶梯的形式连接,因此示波器停止下的放大只是单纯的数字化放大,是示波器插值保持的结果,这与使用何种插值算法完全无关。
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