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虛擬示波器使用必須注意問題
2014-10-31
前言
虛擬示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、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。由于虛擬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)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(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，而虛擬示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。虛擬示波器對重復(fù)信號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)周期信號的測量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號和單次信號的測量。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。所以在測量單次信號時(shí)，一定要參考虛擬示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會給測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)，對模擬輸入信號的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是虛擬示波器的一項(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為一個(gè)100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是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高頻成分的2倍才不會發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發(fā)生：
•調(diào)整掃速；
•采用自動設(shè)置（Autoset）；
•試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測方式，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到較快的信號變化。
•如果示波器有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
每臺虛擬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，使用虛擬示波器時(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。
虛擬示波器的上升時(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)。而在虛擬示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于虛擬示波器測量方法的原因，以致于自動測量出的上升時(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，而用虛擬示波器測量出來的結(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)，而虛擬示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用虛擬示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測出的時(shí)間來反推出信號的上升時(shí)間。
下圖為EZDSO2041W虛擬示波器采集一方波時(shí)的上升時(shí)間波形
從示圖可以看出，此波形的上升時(shí)間為3.2uS。
EZDSO虛擬示波器還具有以下特點(diǎn)：
1． 體積小巧，攜帶方便。
2． 功能豐富。集成時(shí)波器，信號發(fā)生器，邏輯分析儀。
3． 512K采樣點(diǎn)（單通道），256K采樣點(diǎn)（雙通道）。
4． 觸發(fā)方式：上邊沿觸發(fā)，下邊沿觸發(fā)，電平觸發(fā)，眼圖觸發(fā)。
5． 光標(biāo)測量電壓，時(shí)間。
6． 自動測量頻率，周期，最大值，最小值，峰峰值，有效值。
7． 加，減，X-Y，F(xiàn)FT等多種波形運(yùn)算功能。
8． 無限量存儲波形，數(shù)據(jù)，圖片方便查看，分析，處理。
9． 具有二次開發(fā)包，可用于matlab，labview，VB，VC調(diào)用開發(fā)。
10． 可當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡，集成2路8位數(shù)據(jù)采集器，14路數(shù)字IO，1路10位DA虛擬信號源。
示波器 http://www.kafenchem.com/product/oscilloscope/
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