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數字示波器使用必須注意的問題
數字示波器
因具有波形觸發、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優點,其使用日益普及。由于數字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,會產生較大的測量誤差,從而影響測試任務。
我們來看看數字示波器使用必須注意的問題:
區分模擬帶寬和數字實時帶寬
帶寬是示波器*重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值,而數字示波器的帶寬有模擬帶寬和數字實時帶寬兩種。數字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術所能達到的*高帶寬為示波器的數字實時帶寬,數字實時帶寬與*高數字化頻率和波形重建技術因子K相關(數字實時帶寬=*高數字化速率/K),一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出,模擬帶寬只適合重復周期信號的測量,而數字實時帶寬則同時適合重復信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達到多少兆,實際上指的是模擬帶寬,數字實時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz,實際上是指其模擬帶寬為500MHz,而*高數字實時帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時,一定要參考數字示波器的數字實時帶寬,否則會給測量帶來意想不到的誤差。
有關采樣速率
采樣速率也稱為數字化速率,是指單位時間內,對模擬輸入信號的采樣次數,常以MS/s表示。采樣速率是數字示波器的一項重要指標。
1.如果采樣速率不夠,容易出現混迭現象
如果示波器的輸人信號為一個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?這是因為示波器的采樣速率太慢,產生了混迭現象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號的實際頻率,或者即使示波器上的觸發指示燈已經亮了,而顯示的波形仍不穩定。混迭的產生如圖1所示。那么,對于一個未知頻率的波形,如何判斷所顯示的波形是否已經產生混迭呢?可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時基檔,看波形的頻率參數是否急劇改變,如果是,說明波形混迭已經發生;或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩定下來,也說明波形混迭已經發生。根據奈奎斯特定理,采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會發生混迭,如一個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生:
·調整掃速;
·采用自動設置(Autoset);
·試著將收集方式切換到包絡方式或峰值檢測方式,因為包絡方式是在多個收集記錄中尋找極值,而峰值檢測方式則是在單個收集記錄中尋找*大*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InstaVu采集方式,可以選用,因為這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的關系
每臺數字示波器的*大采樣速率是一個定值。但是,在任意一個掃描時間t/div,采樣速率fs由下式給出:
fs=N/(t/div) N為每格采樣點
當采樣點數N為一定值時,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據:
表1掃速與采樣速率
t/div(ns)1252550100200fs(GS/s)502510210.50.25
綜上所述,使用數字示波器時,為了避免混迭,掃速檔*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*好置于主掃速較慢的位置。
數字示波器的上升時間
在模擬示波器中,上升時間是示波器的一項極其重要的指標。而在數字示波器中,上升時間甚至都不作為指標明確給出。由于數字示波器測量方法的原因,以致于自動測量出的上升時間不僅與采樣點的位置相關,如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點中間,這時上升時間為數字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點,則同樣的波形,上升時間為數字化間隔的1.6倍。另外,上升時間還與掃速有關,下面是TDS520B測量同一波形時的一組掃速與上升時間的數據:
表2掃速與上升時間
t/div(ms)502010521tr(μs)800320160803216
由上面這組數據可以看出,雖然波形的上升時間是一個定值,而用數字示波器測量出來的結果卻因為掃速不同而相差甚遠。模擬示波器的上升時間與掃速無關,而數字示波器的上升時間不僅與掃速有關,還與采樣點的位置有關,使用數字示波器時,我們不能象用模擬示波器那樣,根據測出的時間來反推出信號的上升時間。
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