九、、自動測量和處理
1、自動測量
示波器用來顯示信號的波形,并對諸如:峰---峰值幅度、RMS幅度、DC電平、頻率、脈沖寬度、上升時間等波形參數進行測量。對于任何波形來說,這些波形參數都可以使用大家熟知的數學方法來測量計算。
在使用模擬示波器的時候,用戶只能進行手動測量,例如對屏幕上顯示的波形曲線進行解釋分析,在屏幕上計算格數以求出波形幅度和時間間隔,再用數學定義算出測量結果。對于基本的波形來說,這種方法只能獲得中等的準確度,但方法是可行的。而對于更加復雜的波形來說,使用這種方法要困難的多,并且可能要進行某些推測。
當使用DSO時,只要示波器已經采集了信號波形,就獲得了所有的波形信息數據,根據這些數據就能自動計算出要測量的參數,得到更加準確、可靠的結果,整個過程極為迅速、簡便。
多數DSO都能對一個或多個通道上的輸入信號同時進行兩個或多個參數的測量。因此可以用來進行信號間的比較,例如比較一個放大器或衰減器的輸入和輸出信號。另外,如果示波器對存儲的波形和新采集的波信都能進行參數測量,那將會是非常方便的。這就使我們能對實際信號的性能和標準信號的性能進行比較。也使我們可以觀察時間對信號的響應或者對系統修改后的變化影響。
示波器上最完全的參數測量功能還應包括用統計形式給出測量結果。這就是說,在一個較長的波形采集期間中的任何時刻,示波器應給出某一特定測量參數的最小值、最大值和平均值。使用這一功能我們可以發現一個系統性能變化的趨勢而無需連續監視示波器屏幕顯示的內容。
任何示波器的參數測量都是通過對采集的數據進行分析來進行的。所以,參數測量的結果都源于在示波器的存儲器中存儲的采集到的波形。這就意味著,示波器的設置情況對參數測量的結果會有影響。例如,如果示波器的時基速度設置的比較慢,比如說設置為1ms/格,而要對一個估計為50ns—100ns的上升沿進行上升時間的測量,那么由于采集過程中時間分辨率的限制,我們就無法測出正確的結果。為了進行這項參數測量,我們應當把示波器的時基設置的足夠快,例如設置為50ns/格以便以足夠細的時間分辨率顯示出被測波形的上升沿。
2、數字處理
示波器所采集的波形數據中包含了非常豐富的信息。用來顯示這些數據的一種非常有用的形式就是波形顯示,即用垂直坐標軸表示電壓,用水平坐標軸表示時間。這就是Y—t顯示方式。另一種顯示波形數據的方法是用兩個通道的波形數據來畫圖。這時對顯示的每一個數據點來說,其水平位置代表一個通道的數據值,而其垂直位置則表示另一個通道的數據值。這種顯示模式稱X—Y模式。用這種模式,用戶可以觀察頻率相關聯的兩個信號之間的相位或時間關系。X—Y模式對于測試相移器和濾波器極為有用,還可以和運動傳感器配合使用來檢查運動系統的振動情況。和輸出信號器蠶
在X—Y模式下,DSO比模擬示波器優越的地方在于這時DSO的帶寬為示波器的全部采基帶寬,而在X---Y模式下模擬示波器只能用于有限的帶寬。而另一方面,在X---Y模式下DSO顯示的是在某一單個記錄中所包含的采樣點數據。這些數據只能表示在一個有限的時間期間(該記錄的時間長度)的波形。而在在X---Y模式下模擬示波器給出的是一個連續的活的顯示圖形。此外還有很多其它的方法用來從波形數據中提取寶貴的信息,或者對數據進行運算以便用更加有用的格式來表示數據中所包含的信息。這種運算通常稱為波形的數學運算
2.1采用平均的方法來提高分辨率
平均的方法是把連續的各次波形采集的結果組合在一起,采用平均的方法可以減少疊加在信號上的噪音。經過平均處理以后的波形的每一個采樣點都是由各次連續采集的波形上相同位置的采樣值通過平均運算而獲得的。由于噪音的本質所決定,噪音對每次新的采集來說都是不同的,所以各次連續采集波形的采樣值就會略有不同。通過平均減少了這種差別,更加平滑的波形,但是并不影響帶寬。然而當使用平均的方法時,示波器要用更長的時間才能響應信息的變化。
多數DSO的垂直分辨率為8比特。這就是說,采集的波形完全由256個不同的電壓電平來表示。通過對各次連續采集的波形進行平均可以提高分辨率。進行平均計算時所用的連續采集波形數越多,垂直分辨率就越高。每當所用的連續采集波形數增加一倍時,垂直分辨率就增加一個比特。
2.2包絡模式
當被測信號隨著時間變化時,例如要觀察信號的幅度變化或者抖動現象時,觀測在多次采集過程中波形的總體特性往往比觀測一次瞬時波形更有用。當打開包絡模式以后,示波器在各次連續采集過程中對波形記錄中的每個采樣點位置的最小值和最大值都存儲下來,并以此構成波形顯示。這樣獲得的顯示波形表現了信號長期變化的積累效果。使得我們可以進行長時期的抖動測量或者長時期的幅度變化測量。