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深挖示波器潜力,扩展示波器应用范围

更新时间:2024-01-22      点击次数:288

力科示波器集成了非常丰富的测量分析功能,工程师常用的只是其中的一部分,实际上,示波器具有的功能远不止这些,本文总结了10个可能令你感到惊奇的示波器应用,其中任何一个应用你都会发现非常有用。


1、使用示波器的快速边沿信号和函数运算功能测试频率响应

频率响应测量需要具有平坦频谱的信号源,可将示波器的快沿信号用作阶跃信号源,再利用示波器的导数运算就可以得到待测设备的脉冲响应。然后运用快速傅里叶变换(FFT)功能就可以获得频率响应。下图显示了获得输入信号和37MHz低通滤波器的频率响应的过程步骤。

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先将快速边沿测试信号应用于滤波器的输入端(左上),然后对滤波器输出(右上曲线)进行求导(右中),最后做FFT(右下),就可以得到滤波器的频率响应。左下边曲线中的频谱展示了的输入阶跃信号的平坦的频率响应。快速边沿信号的上升时间约为800ps, 带宽约为400MHz,比这次测量的100MHz范围大得多。


2、使用示波器低通数字滤波器对输入信号进行高通滤波
如果你的示波器能够利用诸如增强分辨率(ERES)数学函数等功能对信号进行低通滤波,那么你就能对同样的信号进行高通滤波。注意,只有你能访问数字低通滤波器的输入和输出端时这个功能才能实现,下图显示了具体实现过程,从输入信号(C1,顶部曲线)中减去低通滤波后的波形(中间F1曲线),最后形成的信号就是经过高通滤波后的信号,它的频谱曲线如F2(底部曲线)所示。

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输入信号C1是一个窄脉冲信号,函数曲线F1(中心曲线)是使用示波器ERES数字滤波器对C1信号进行滤波。从输入信号中减去滤波器曲线后形成的信号就只有较高的频率分量。
函数F2执行减法操作,同时完成高通信号的FFT,因此你能看到高通特性。低通响应跌至最大响应的0.293处的频率就是高通滤波器的-3dB点。


3、使用排它型触发器来寻找间歇性事件

智能触发器可以根据宽度、周期或占空比等波形特征进行触发,还能根据事件处于范围之内或范围之外进行触发,这种触发器就是排它型触发器。它可以用来只对异常事件进行触发,如下图所示。
在这个例子中,示波器被设置为只对宽度超过48±0.8ns的脉冲进行触发,在遇到宽度为52.6ns的大脉冲发生之前,触发器是不会触发的。因为示波器只对宽度超过标称值48ns的脉冲进行触发,因此不存在刷新速率的问题。平时它就处于"等待"状态,直到异常脉冲出现。

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4、利用趋势功能和触发释抑作为自定时数据记录器
趋势图是按采集顺序显示的被测参数值,下图就是这样一个例子,采用灵敏度为39μV/℃的热探头测量振荡器的内部温度,与此同时,采集振荡器输出信号的频率。每个趋势图中的100次测量都是经过100次采集得到的。触发源是振荡器的输出,
正常情况下,示波器会以其标称刷新率进行触发。为了防止发生这种现象,并且在两次测量之间设置已知的延时,可以使用触发抑制功能。使用触发释抑功能可以将两次采集之间的时间设为10秒,因此总的测量间隔是1000秒。再用重定时函数将温度传感器的电压读数转换为摄氏度。在1000秒时间内采集到的内部温度(曲线F2)和振荡器输出频率(曲线F1)的趋势图,它反映了振荡器的热响应特性。

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5、解调幅度调制信号
幅度调制(调幅)信号的包络检测方法需要对信号进行峰值检测,峰值检测可以通过整合绝对值函数和力科示波器中称为增强分辨率(ERES)的数字低通滤波器来实现。这使得准确提取调制包络的形状变得容易。
下图显示了一个这样的实例,左上边的曲线是采集到的调幅信号,左下边的曲线是应用绝对值函数后的,绝对值提供全波整流效果。从调幅信号中提取调制包络的步骤,绝对值函数用于"检测"信号,ERES滤波可以消除高频载波,从而产生干净的调制包络。

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稀疏函数和ERES函数组合用于对绝对值函数处理后的波形进行低通滤波,形成如右上边曲线所示的调制包络。
稀疏函数能够有选择地降低采集波形的采样率,用于帮助设置作为采样率函数的 ERES 低通滤波器的截止频率,低通滤波器的截止频率必须远小于载波频率。

右下方栅格中的曲线是输入 AM 调制信号和提取的包络的叠加显示,接下来就可以直接对提取出的包络进行测量和进一步分析。


6、检测频率、相位和脉宽调制的信号
力科示波器提供追踪功能,可以根据被测参数的逐周期变化产生波形。追踪函数在时间上与源波形是同步的,因此很容易将频率、宽度或相位的变化与源波形关联在一起。这样就提供了解调调频(FM)、调相(PM)或脉宽调制(PWM)信号的一种方法。
下图显示了使用时间间隔误差(TIE)参数的追踪图解调调相(PM)波形的实例。使用TIE参数追踪图可以绘制出PM波形每个周期的瞬时相位与时间的关系图,从而实现对调相信号的解调。

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TIE 是波形上的阈值交叉点与该阈值交叉点的理想位置之间的时间差。它本质上是信号的瞬时相位。因此TIE的追踪图显示了载波相位的周期性变化,生成的波形显示了在时间上与原始调制载波同步的相位变化。

图中的垂直刻度是时间单位,通过简单的调整操作很容易转换为相位。类似的,频率参数追踪图可以显示调频载波的调制信号,脉冲宽度追踪图可以解调PWM。


7、向示波器的快速傅里叶变换增加"最大值保持"功能
频谱分析仪提供的峰值或''最大值''保持功能在扫频测量时非常有用,大多数示波器标配的FFT没有提供这个功能,需要额外的选件才有这个功能,但示波器提供最高或最大函数,与FFT结合起来就可以保持FFT中每个频率点发生的最大幅度,下图是实现的方式。

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红色曲线F2(中心)显示了FFT中的每个频率的峰值或最大值。曲线F1(底部)是未应用最高或最大值函数的FFT原始频谱。F2描述符显示了最高函数的设置。曲线F2中显示的最高(或最大)函数将保持FFT中每个频率点的峰值幅度,因此允许用户看到每个频点的最大响应。


8、使用缩放选通FFT比较频谱分量
偶尔你可能需要对捕获波形的一小部分执行FFT,这种情况通常发生在有问题的波形随时间一直在变化时。力科示波器允许你通过FFT控制中的选通功能或在缩放波形上计算FFT。记住,不管是哪种情况,FFT分辨率带宽都将被确定为选通信号持续时间的倒数。由于选通部分比整个波形要短,分辨率带宽将增加,FFT频率分辨率将降低。
下图显示了对一个线性正弦扫描波形进行选通式FFT分析的例子。正弦波的频率在10ms时间内从1MHz变化到80MHz(左上边的曲线M1)。在437μs和1.42ms点选择了两个持续时间为5μs的缩放波形(左中是曲线Z1,左下是Z2)。
整个波形的FFT(右上的F1)显示在整个扫描范围内具有统一的幅度。Z1和Z2的FFT显示了扫描过程中在所选时点的频率,在437μs和1.42ms处采集的两个5μs缩放波形显示了作为时间函数的频率的差别。

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9、捕获串行数据码型
示波器一般都提供多种工具捕获串行数据码型,可选的串行触发和解码功能可以对特定标准的串行数据进行操作。力科示波器提供另一种串行码型捕获技术是WaveScan搜索功能。这种数据搜索引擎是力科示波器的标配功能,下图显示了使用WaveScan捕捉串行码型的实例。

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串行码型搜索模式将搜索以二进制或16进制输入的2位至64位长度的码型,除了串行码型外,用户还必须输入串行数据的速率,这些参数包含在“NRZ-to-Digital"标签内,用于串行码型识别的物理参数设置中,除了数据速率,还有斜率和数据的逻辑阈值。

当检测到所选的码型时,WaveScan的7个动作中任何一个都可以被触发。上面实例所选的动作是:停止采集。


10、发现信号异常
全部实例测量是力科示波器对采集波形的每个周期进行时序测量的能力。如果你测量每个周期,你可以显示追踪图,显示被测参数随时间的变化,而该变化与采集信号是同步的。

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采集信号是一个具有781个周期的4MHz正弦波。从上升时间参数(P1)统计数据看,我们可以发现每个周期都做了一次测量,因此共有781个值。上升时间的平均值是2.88ns。最小值是接近平均值的2.8ns,但最大值是27ns。打开上升时间追踪图F1,我们可以在波形中间附近看到一个峰值。追踪图显示了每个周期的测量值随时间变化。它在时间上与C1中所采集的波形是同步的。

将缩放轨迹Z1和Z2分别用作C1和F1的缩放图,同时应用多次缩放功能进行水平跟踪,我们可以扩展它们寻找到对应于最大上升时间值的特定周期。


这是全部实例测量的优势。你可以见到以单个周期为基础的波形时序变化。这种技术可以代替WaveScan搜索功能寻找

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