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如何使用数字示波器

数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点,其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异,如果使用不当,会产生较大的测量误差,从而影响测试任务。   区分模拟带宽和数字实时带宽   带宽是示波器*重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值,而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的*高带宽为示波器的数字实时带宽,数字实时带宽与*高数字化频率和波形重建技术因子K相关(数字实时带宽=*高数字化速率/K),一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出,模拟带宽只适合重复周期信号的测量,而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆,实际上指的是模拟带宽,数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz,实际上是指其模拟带宽为500MHz,而*高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时,一定要参考数字示波器的数字实时带宽,否则会给测量带来意想不到的误差。   有关采样速率   采样速率也称为数字化速率,是指单位时间内,对模拟输入信号的采样次数,常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。   1.如果采样速率不够,容易出现混迭现象   如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号,示波器显示的信号频率却是50KHz,这是怎么回事呢?这是因为示波器的采样速率太慢,产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率,或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了,而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么,对于一个未知频率的波形,如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢?可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档,看波形的频率参数是否急剧改变,如果是,说明波形混迭已经发生;或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来,也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理,采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭,如一个500MHz的信号,至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生:   ·调整扫速;   ·采用自动设置(Autoset);   ·试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式,因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值,而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找*大*小值,这两种方法都能检测到较快的信号变化。   ·如果示波器有Insta Vu采集方式,可以选用,因为这种方式采集波形速度快,用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。   2.采样速率与t/div的关系   每台数字示波器的*大采样速率是一个定值。但是,在任意一个扫描时间t/div,采样速率fs由下式给出:   fs=N/(t/div) N为每格采样点   当采样点数N为一定值时,fs与t/div成反比,扫速越大,采样速率越低。下面是TDS520B的一组扫速与采样速率的数据:   表1扫速与采样速率   t/div(ns)1252550100200fs(GS/s)502510210.50.25   综上所述,使用数字示波器时,为了避免混迭,扫速档*好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺,扫速档则*好置于主扫速较慢的位置。   数字示波器的上升时间   在模拟示波器中,上升时间是示波器的一项极其重要的指标。而在数字示波器中,上升时间甚至都不作为指标明确给出。由于数字示波器测量方法的原因,以致于自动测量出的上升时间不仅与采样点的位置相关,如图2中a表示上升沿恰好落在两采样点中间,这时上升时间为数字化间隔的0.8倍。图2中的b的上升沿的中部有一采样点,则同样的波形,上升时间为数字化间隔的1.6倍。另外,上升时间还与扫速有关,下面是TDS520B测量同一波形时的一组扫速与上升时间的数据:   表2扫速与上升时间 t/div(ms)502010521tr(μs)800320160803216   由上面这组数据可以看出,虽然波形的上升时间是一个定值,而用数字示波器测量出来的结果却因为扫速不同而相差甚远。模拟示波器的上升时间与扫速无关,而数字示波器的上升时间不仅与扫速有关,还与采样点的位置有关,使用数字示波器时,我们不能象用模拟示波器那样,根据测出的时间来反推出信号的上升时间。
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