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就可对串行数据进行解码并将其显示出来,高分

2019-11-29 00:15

示波器开启高分辨率采集提高测量分辨率示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。降低噪声的第 2 个方法是高分辨率模式,它不需要使用重复信号。现代化示波器在正常采集模式下可提供 8 位垂直分辨率(与大多数其他数字化仪类似)。然而与平均模式一样,高分辨率模式也只能达到 12 位的垂直分辨率。高分辨率模式是对同一次采集的连续点求平均值,而不是对某个时间段内多次采集的点求平均值。在高分辨率模式中,您不能像在平均模式中那样,直接控制平均值数量。垂直分辨率位数的增加由示波器的时间/格设置决定。当在较慢时基范围状态下工作时,示波器会连续过滤相继的数据点,并将过滤结果显示到显示屏上。增加屏幕上数据的存储器深度,也会同时增加进行平均值计算的点数。高分辨率模式下,扫描速度越快,在屏幕上捕获的点数就越少,因此效果就越差。相反,扫描速度越慢,在屏幕上捕获的点数就越多,效果也就越显著。文章来源:北京凡实测控技术有限公司

使用示波器进行功率测量的7大方法示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。通过计算平均值提高测量分辨率在某些功率测量应用中,您需要测量大动态范围的值,同时还需要细致地调整分辨率,以测量参数的微小变化。除了使用高分辨率数字转换器之外,您也可以使用其他采集方法来降低随机噪声,增加测量的有效动态范围。例如求平均值和高分辨率采集。求平均值要求测量的是重复信号。该算法对跨越多次采集的各时间段内的点求平均值。这样可以降低随机噪声,为您提供更卓越的垂直分辨率。垂直分辨率每增加一位,需要计算多少平均值?答案是每计算4个样本平均值,便可将垂直分辨率增加1位。原理如下:●增加的位数 = 0.5 log2 N●N = 计算平均值的样本数●例如,对16个样本求平均值,垂直分辨率将增加●位数 = 0.5 log2 16 = 2●因此,有效的垂直分辨率为 8 + 2 = 10 位。这种算法在垂直分辨率为12位时效果最好,因为再继续增加下去,其他因数(例如示波器的垂直增益或偏置精度)将起到决定性作用。平均模式的优点是,它对示波器的实时带宽没有任何限制。缺点是它要求使用重复性信号,并会降低波形更新速率。在正常采集模式下与平均模式下捕获的开关电源的vds第2个方法选择避开示波器最灵敏设置的探头如果您测量电源的纹波和噪声幅度,有可能要用到示波器最灵敏的或接近最灵敏的V/格设置。这正好处于放大器安全性能范围的边缘。虽然测试仪器的工作可能会符合技术指标,但是实际的测量效果也许还比不上它的“基本”性能。首先,应尝试使用1:1探头,而不是使用仪器附带的标准配置10:1无源探头。若使用10:1探头,不仅示波器的基线本底噪声会以10倍增加,而且示波器的最小V/格设置也会比使用 1:1探头时的情况大10倍。这会导致信噪比降低,测量的动态范围缩小。使用衰减较小的探头,只要测量的信号不超过示波器的最大输入电压,那么就可以获得出色的信号完整性。第3个方法使用差分探头进行安全、精确的浮置测量示波器探头上的接地引线通过 BNC 连接器的外壳连接到机箱。出于安全考虑,示波器的机箱通过电源线的接地插头连接到接地参考面。示波器与电源的接地方式不同,两者之间可能产生冲突。许多令人感兴趣的信号是以电势而不是以接地作为参考的。电源设计人员采用各种方法来克服这一测量限制。最常用的方法是,通过削除电源线的防护接地插头,或在电源线路中使用隔离变压器,使示波器“浮置”。T这种实践方法非常危险,因为它有可能在示波器机箱上形成高电压。此外,使用浮置示波器进行测量,可能导致测量结果不精确。测量浮置电源信号的另一种方法是,使用两个单端电压探头,用通道A的测量结果减去通道B的测量结果,即得到浮置电源信号。使用两个输入通道和探头来测量感兴趣的信号节点。然后使用示波器上的波形数学功能,让两个通道上的电信号相减,得到差分信号的迹线。这种方法相对安全一些,因为示波器始终保持接地。然而当共模信号相对较小时,测量会受到一定的限制,因为此时使用的两个探头输入通道之间的增益失配,共模抑制比较低,大约不到 20 dB。进行安全精确的浮置测量,最好使用差分探头或差分放大器。差分探头提供较高的共模抑制比,通常达到 80 dB 或 10,000:1 甚至更高,因此您可以测量大共模信号中隐藏的小差分信号,实现适当的测量精度和高灵敏度。使用动态范围和带宽足够满足应用需求的差分探头,可进行安全和精确的浮置测量。第4个方法避免探测耦合了辐射功率的附件请务必谨慎使用探测附件。通用无源探头在标准配置中通常提供15厘米长接地引线和挂钩探针,这两种附件可能会探测到电源或其他器件所产生的噪声。此外,长接地连接往往会产生电感负载,给被测信号增加振铃。第5个方法使用交流耦合,去除直流偏置如果您正重点研究信号的纹波,可能并不关心其直流偏置。通常,纹波和噪声与电源电压相比是极小的。如果您使用示波器的动态范围对这种偏置进行定量测量,那么在遇到更微小的信号细节时,可能无法进行深入分析。将示波器的耦合设置为“交流”,将会从测量结果中去除直流偏置,最大限度提高测量的线性度和动态范围。第6个方法使用示波器和探头限制带宽这种降低噪声、增加动态范围的方法虽然简单,但常常被忽视。电源信号内容与示波器的标称带宽相比往往低得多(kHz至几十MHz级别)。多余的带宽不会传输任何信号信息,只会给测量带来额外的噪声。大多数示波器使用专用的硬件滤波器来解决这个问题――通常是20至25 MHz低通滤波器。硬件滤波器与软件滤波器相比的一个优势是,它不会影响示波器的更新速率。另一种方法是使用探头来限制带宽。测量链的带宽受其“最弱一环”的限制。500 MHz 示波器配备 10 MHz 探头,其带宽将会是 10 MHz。安捷伦提供了多种无源、有源的电流和差分探头,总有一款探头的带宽会适合您的特殊测量。第7个方法使用高分辨率采集提高测量分辨率降低噪声的第2个方法是高分辨率模式,它不需要使用重复信号。Agilent InfiniiVision 3000 X系列等现代化示波器在正常采集模式下可提供8位垂直分辨率(与大多数其他数字化仪类似)。然而与平均模式一样,高分辨率模式也只能达到12位的垂直分辨率。在高分辨率模式下捕获的vds高分辨率模式是对同一次采集的连续点求平均值,而不是对某个时间段内多次采集的点求平均值。在高分辨率模式中,您不能像在平均模式中那样,直接控制平均值数量。垂直分辨率位数的增加由示波器的时间/格设置决定。当在较慢时基范围状态下工作时,示波器会连续过滤相继的数据点,并将过滤结果显示到显示屏上。增加屏幕上数据的存储器深度,也会同时增加进行平均值计算的点数。高分辨率模式下,扫描速度越快,在屏幕上捕获的点数就越少,因此效果就越差。相反,扫描速度越慢,在屏幕上捕获的点数就越多,效果也就越显著。

固纬示波器的基础知识选择方法示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器自从问世以来,一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一。由于电子技术的发展,示波器的能力在不断提升,其性能与价格也五花八门,市场参差不齐。示波器看似简单,但如何选择,也存在许多问题。本文根据凡实测控多年帮助用户选型的经验,从几个方面告知您在选择示波器时应注意的问题: 一、了解您需要测试的信号 您要知道用示波器观察什么?您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?您的信号是否有复杂的特性?您的信号是重复信号还是单次信号?您要测量的信号过渡过程的带宽,或者上升时间是多大?您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等?您打算同时显示多少信号?您对测试信号作何种处理? 二、选择示波器的核心技术差异:模拟、数字、还是数模兼合 传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的控制面板,价格低廉,因而总觉得模拟示波器 “ 使用方便 ” 。但是随着 A/D 转换器速度逐年提高和价格不断降低,以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的测量功能,数字示波器已独领风骚。但是数字示波器显示具有三维的缺陷、处理连续性数据慢等缺点,需要具有数模兼合技术的示波器,例 DPO 数字荧光示波器。 三、确定测试信号带宽 带宽一般定义为正弦波输入信号幅度衰减到 -3dB 时的频率,即幅度的70.7% 。带宽决定示波器对信号的基本测量能力。如果没有足够的带宽,示波器将无法测量高频信号,幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失。一个决定您所需要的示波器带宽有效经验—— “5倍经验准则”:将您要测量的信号最高频率分量乘以5,使测量结果获得高于2%的精度。 在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知道它的最快上升时间,这时频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间: BW=0.35/信号的最快上升时间。 数字示波器带宽有两种类型:重复带宽和实时带宽。重复带宽只适用于重复的信号,显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率,且当捕捉的事件不是经常出现或瞬变信号时就更为重要,实时带宽与采样速率紧密联系。 带宽越高越好,但是更高的带宽往往意味着更高的价格,因此应按照预算来选择您要观察的信号频率成分。 四、A/D转换器的采样速率 单位为每秒采样次数,指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丢失的概率就越小。 如果需要观测较长时间范围内的慢变信号或低频信号,最小采样速率就发挥了作用,为了在显示的波形记录中保持固定的波形数,需要调整水平控制旋钮,而所显示的采样速率也将随着水平调节旋钮的变化而变化。 如何计算采样速率?计算方法取决于所测量的波形类型,以及示波器所采用的信号重建方式,例正弦插入法,矢量插入法等。为了准确地再现信号并避免混淆,奈奎斯定理规定:信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而,这个定理的前提是基于无限长时间和周期连续的信号。由于示波器不可能提供无限时间的记录长度,而且从定义上看,低频干扰是不连续的,也不是周期的,所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。 实际上,信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法,即波形重建。一些示波器会为操作者提供以下选择:测量正弦信号的正弦插值法,以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。 有一个比较采样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插(通过筛选以便在取样点间重新生成),则(采样速率 / 信号带宽)的比值至少应为 4∶1 ;无正弦内插时,则应采取 10∶1 的比值。 五、屏幕刷新率也称为波形更新速度 所有的示波器都会闪烁,示波器每秒钟以特定的次数捕获信号,在这些测量点之间将不再进行测量,这就是波形捕获速率,也称屏幕刷新率,表示为波形数每秒( WF ms/s )。一定要区分波形捕获速率与A/D采样速率的区别。采样速率表示示波器在一个波形或周期内A/D采样输入信号的频率 ; 波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别,且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性,并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况,如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。 一般来讲,模拟示波器由于电路简单,其屏幕刷新率较高,而数字存储示波器使用串行处理结构每秒钟可以捕获 10 到 5000 个波形。为了改变数字示波器屏幕刷新率低的问题,数字荧光示波器采用并行处理结构,可以提供更高的波形捕获速率,有的高达每秒数百万个波形,大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性,并能让您更快地发现信号存在的问题。 六、选用适当的存储深度,也称记录长度 存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果您需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的采样速率,可以计算出所要求的存储深度。 存储深度与采样速率密切相关。您所需要的存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。 现代的示波器允许用户选择记录长度,以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号,只需要 500 点的记录长度;但如果要解析一个复杂的数字数据流,则需要有一百万个点或更多点的记录长度。 在正确位置上捕捉信号的有效触发,通常可以减小示波器实际需要的存储量。 七、根据需要选择不同的触发功能 示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描,使信号特性清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。 大多数用示波器的用户只采用边沿触发方式,如果拥有其它触发能力在某些应用上是非常有用的,特别是对新设计产品的故障查寻,先进的触发方式可将所关心的事件分离出来,找出您关心的非正常问题,从而最有效地利用采样速率和存储深度。 现今有很多示波器,具有先进的触发能力。触发能力主要围绕三个方面:①有关垂直方向的幅度,例瞬态尖峰触发、过脉冲或短脉冲触发等;②有关水平方向的与时间有关的触发,例脉冲宽度、窄脉冲、建立/保持时间等设定时间宽度的触发形式;③扩展和常规触发功能的组合能力,例对视频信号或其它难以捕捉的信号,通过时间和幅度组合设置触发条件进行触发。触发能力的提高,可以大提高测试过程的灵活性,并简化工作,尤其现今的示波器对数据总线的触发能力大大提高,例CAN,I2C等。 八、通道能力,包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道之间的隔离能力 您需要的通道数取决于您的应用,对于通常的经济型故障查寻应用,需要的是双通道示波器,然而要求观察若干个模拟信号的相互关系,将需要一台 4 通道示波器,许多工作于模拟与数字两种信号的系统工程师可以选择混合信号示波器,它将逻辑分析仪的通道计数及触发能力与示波器的较高分辨率综合到具有时间相关显示的单一仪器中。如果您测量三相电,可控硅等有源器件或线路,两端之间没有绝对的零点,即所谓的浮地信号,这时候从操作安全和精度出发,应选用隔离通道示波器;如果比较多通道的时序和相移,应选用两通道以上示波器,这时通道之间的隔离更显重要。 九、对异常现象的捕获 三个主要因素影响着示波器显示日常测试与调试中所遇到的未知和复杂信号的能力:屏幕刷新速率、波形捕获方式和触发能力。波形捕获模式有:采样模式、峰值检测模式、高分辨率模式、包络模式、平均值模式等。屏幕刷新速率指给您关于示波器对信号和控制的变化反应快慢,使用峰值检测有助于在较慢的信号中捕捉快速信号的峰值。 十、示波器的性能和指标 示波器的指标有很多:如垂直灵敏度、扫描速度、垂直精度、时间基准、垂直分辨率等等。示波器的性能取决品牌的质量,关键在于质量、稳定性和校准服务等。 十一、分析功能有助于您事半功倍 数字示波器的最大优点是它们能得到的数据进行测量,且按一下按钮即可实现各种分析功能。虽然可利用的功能因厂家和型号而异,但它们一般包括频率、上升时间、脉冲宽度等测量,有些示波器还提供很多分析模块,例FFT、功率分析、高级数学运算等超常功能。 十二、相应配套的附件和探头 容易忘记的一点是,当装上探头时,它就成为整个测试电路的一部分了,结果探头将造成电阻性、电容性和电感性负载,使示波器呈现出与被测对象不同的测量结果。因此,针对不同应用配有相应的探头,然后选择其中一种,使负载效应最小,使信号得到最精确的复现。由于 SMT 元件的发展,连接更困难,使用不同的附件满足特殊需要。合理地选择探头和附件”。 十三、示波器的操作性能 很显然,如果您不能访问各种功能,或者要花很多时间去学习它们,那么您的示波器将价值不大,适当的培训和中文操作界面会使您突破使用上的障碍。 十四、示波器的数据管理和通讯能力 对测量结果的分析非常重要。将信息和测量结果在高速通信网络中便捷地保存和共享变得日益重要。 示波器的互联性提供对结果的高级分析能力并简化结果的存档和共享。示波器通过各种接口( GPIB 、 RS-232 、 USB 或以太网)和网络通信模式提供一系列的功能和控制方式。 十五、示波器功能的扩展性 为了不断适应需求变化。示波器功能最好可以随机扩展: ○ 增加通道的内存以分析更长的记录长度 ○ 增加面对具体应用的测量功能 ○ 有一整套兼容的探头和模块,加强示波器的能力 ○ 同通用第三方的 Windows 兼容的分析软件协同工作。 ○ 增加附件,如电池组和机架固定件等。 总之,示波器的选择是一个看似简单而又是您很难处理的问题,市场上产品很多,并且技术各有差异,有时很难让您下决定。以上说明可能给您一些建议。根据多年经验,选择示波器有以下“经验法则”: ART模拟示波器,选择四要素:性价比(价格与产品质量品牌的比较优势)、测试带宽、通道数量、供应商能力。 DSO数字存储示波器,在测试信号带宽、示波器带宽、示波器实时采样率、示波器存储深度之间找到平衡,有以下经验可循:示波器带宽最好是信号带宽的5倍;示波器实时采样速率≥4倍示波器带宽;存储深度≥采样速率×要求最长保存时间。 DPO数模兼合示波器,在基本指标要求上与DSO一致,但需要引入二个能力:屏幕刷新率、波形触发与分析能力。 特殊功能需求。①你如果需要到现场工作,并且需要电池供电,对仪器的体积要求很严,对仪器的功能除示波器测量外还需要其它测试,您这时最好选用手持示波表。②如果您在隔离或悬浮时,安全不能得到保障,并且需要分析功率、相移时,请选用隔离示波器,尤其是多通道的DIO。③如果您需要多通道的模拟与数字信号混合测试,您除了选用具有串行总线触发功能的示波器外,您最好选用MSO混合示波器。 文章来源:北京凡实测控技术有限公司

例如,一些高速标准包括有这样的测量,一长串逻辑值“1”后接一长串“0”。这构成一种稳态条件或低频状态。然后,测试图案变为时钟或1010图案,又称为奈奎斯特图。对前后电压电平进行比较,得到一个标称插入损耗值。可采用更先进的技术以及自定义信号激励来提取其他详细信息。在一篇题为“在数字存储示波器上进行以太网微分回波损耗测量”的白皮书上可找到有关某一程序的技术概览的佳作。

7. 基于示波器的信号发生器

5. 宽带雷达测试

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图7:长数据记录中标记的用途

图5:提高垂直分辨率

您是否需要用高带宽示波器测量低频信号但又不想有高频噪音?许多示波器都具有数字信号处理功能,可进行滤波,包括低通滤波。下一次,您想在您12GHz示波器上测量100MHz时钟时,可使用带宽限制功能,以得到更佳的信噪比和更精确的测量值。

在此将手动解码与自动解码示例进行比较。只需定义时钟和数据处于哪些通道上以及定义用于确定逻辑值的阈值,就可以让示波器获悉正通过总线传输的协议。在一瞬间,就可对串行数据进行解码并将其显示出来,说明总线波形显示中的起始位、地址位、数据位和结束位。对I2C总线而言,地址值和数据值能够以十六进制方式显示,或以二进制方式显示。

数字示波器早已具备FFT功能。随着雷达和其他宽带RF系统进入数字领域,现在示波器已具备瞬态或宽频带宽RF信号分析功能。您可以对无外部降频转频器的宽带雷达、高数据速率卫星链路或跳频通信系统执行脉冲分析、数字解调和EVM测量。

图1:示波器上的I2C信号

图6:文件测试报告功能的用途

4. 滤波

根据示波器波形显示进行串行总线手动解码既耗时又容易出错。在这一相对简单的I2C信号中,可能有问题存在。您能轻松找到这个问题吗?甚至还能说出该信号代表什么吗?要对该数据包进行手动解码,需寻找到包头、数据位及包尾。利用时钟状态对所有数据信号状态进行对照确认,然后将其转换为十六进制数值。

大型LCD屏幕还可用作什么呢?可以肯定的是,您可以在示波器上观看信号完整性分析指南,但更令人高兴的是,您还可以观看最近的电影。

1. 协议解码

3. 在DVD驱动器上播放影片

由于许多示波器都装有计算机I/O端口,比如USB端口或以太网端口,因此可使用这些端口来生成测试信号。只需下载合适的软件来激活测试模式,您就拥有了一台信号发生器。

6. 改善垂直分辨率

如果您想像大多数人那样在示波器上进行分析,则可能还需要有一些测试文件。了解许多集成软件分析工具中的测试报告功能,可为您节约一些时间。想要更高效,您可以通过远程控制仪表指令自动化分析和测试报告的操作。即便是基本型示波器也具备针对文件的省时功能,比如“保存全部”功能,只需按下一个按钮,即可保存截图、波形数据和设置文件。

2. 网络分析仪

实际情况是,2个字节的存储深度限制了这一增加。两个字节为16位。保留其中一位作为符号位,剩余的15位用作数据数值。舍入误差使第14位和第15位成为随机值,从而使实际限值变为13位。因此,改善可从约六个有效位开始,用高度过采样时可增至约13位。

需测量回波损耗或插入损耗,但却没有TDR或VNA,怎么办?您可用高带宽示波器进行一些近似于网络分析的测量,尽管这样做好像有些超出其使用范围,而且肯定有某些局限。传统的频率响应时间测试涉及对快脉冲的测量以及对响应FFT的查看。除这种测量外,您还可以通过一些相当基础的设置来测量回波损耗和插入损耗。

大部分示波器的A/D分辨率为8个比特。用不同的采集模式,可按如下所述,通过求相邻采样的平均值来提高垂直分辨率。那么,通过求平均值和采用高分辨率模式可将分辨率提高多少呢?理论上讲,增加值为0.5Log2N,其中N为相邻采样的平均数。

澳门新濠新天地3559,图4:显示宽带雷达信号的示波器

8. 测试文件

图2:自动I2C解码

图8:高级触发模式可减少对长数据记录的搜索

示波器是人们设计、制造或修理电子设备不可或缺的工具。在现今这个快节奏的世界里,工程师们需要利用目前最好的工具来快速准确地解决他们所遇到的测量难题。在工程师看来,示波器是成功应对现今测量难题的关键所在。现代数字示波器拥有可帮助节省时间的特性,如深存储和一系列分析工具等,可简化高速数字设计带来的挑战。下文分别细数了示波器或曾不为人知的12项功能。

图3:64个“1”及64个“0”后接“1010”的图形

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