【導(dǎo)讀】先前的文章介紹了擴(kuò)展中檔數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)基本功能的十個(gè)技巧【物盡其用，10大方法教你擴(kuò)展示波器用途】及擴(kuò)展示波器用途的另外十個(gè)技巧中的五個(gè)，本文將介紹另外十個(gè)技巧的其他五個(gè)，它們可以幫助你節(jié)省時(shí)間，并使你成為公司的DSO專家。你可以點(diǎn)擊下面的鏈接直接查看某個(gè)具體技巧。
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發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常
全部實(shí)例測(cè)量是示波器基于采集波形每個(gè)周期進(jìn)行時(shí)序測(cè)量的能力。如果你測(cè)量每個(gè)周期，你可以顯示跟蹤圖，用于展示被測(cè)參數(shù)隨時(shí)間的變化，而該變化與采集的信號(hào)輸入是完全同步的。圖7包含這一功能的例子。
圖7：使用上升時(shí)間跟蹤參數(shù)尋找具有緩慢上升時(shí)間的單個(gè)波形周期。
采集信號(hào)是一個(gè)具有781個(gè)周期的4MHz正弦波。從上升時(shí)間參數(shù)(P1)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，我們可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)周期要做一次測(cè)量，因此共有781個(gè)值。上升時(shí)間的平均值是2.88ns。最小值是接近平均值的2.8ns，但最大值是27ns。打開上升時(shí)間跟蹤曲線數(shù)學(xué)軌跡F1，我們可以在軌跡中心附近看到一個(gè)峰值。跟蹤圖顯示了隨時(shí)間變化的每個(gè)周期測(cè)量值。它在時(shí)間上與軌跡C1中所采集的波形是同步的。跟蹤到的上升時(shí)間最大值是27ns。其位置與具有緩慢上升時(shí)間的周期在時(shí)間上是同步的。
將縮放軌跡Z1和Z2分別用作C1和F1的縮放圖，同時(shí)應(yīng)用多次縮放功能進(jìn)行水平跟蹤，我們可以擴(kuò)展它們尋找到對(duì)應(yīng)于最大周期值的單個(gè)周期。
這是全部實(shí)例測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。你可以見到以單個(gè)周期為基礎(chǔ)的波形時(shí)序變化。這種技術(shù)可以代替使用WaveScan搜索功能尋找具有緩慢上升時(shí)間的這種脈沖。
噪聲測(cè)量工具
隨機(jī)過程很難表征，因?yàn)闆]有哪次測(cè)量能夠提供有關(guān)前次或下次測(cè)量的任何信息。只有通過觀察累積測(cè)量結(jié)果才能了解到你正在研究的過程。圖8顯示了用于測(cè)量噪聲等隨機(jī)過程的基本工具。左上方的軌跡是通道1輸入信號(hào)的幅度時(shí)間圖。左下方的軌跡是功率譜密度圖，顯示的是噪聲功率的頻率分布情況。右邊的軌跡是單次噪聲電壓測(cè)量的柱狀圖。這個(gè)柱狀圖顯示了單次測(cè)量的幅值分布情況。這些分析功能與測(cè)量參數(shù)一起為噪聲測(cè)量提供了完整的工具集。
你可以通過使用測(cè)量參數(shù)了解隨機(jī)噪聲信號(hào)的特征。用于噪聲測(cè)量的最有意義的參數(shù)是波形的平均值(P1)、標(biāo)準(zhǔn)偏差(P2)和峰峰值(P3)。在這些測(cè)量參數(shù)中，也被稱為交流均方根值的標(biāo)準(zhǔn)偏差可能是最有用的，因?yàn)樗枋隽瞬ㄐ蔚挠行е怠?/div>
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三相功率測(cè)量
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波形軌跡平滑
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均方根和標(biāo)準(zhǔn)偏差
頻域中最常見的噪聲測(cè)量是功率譜密度(PSD)。PSD的測(cè)量單位通常是V2/Hz，代表了單位帶寬的功率大小。因?yàn)樵肼曇话阍陬l譜上是展開的，因此一個(gè)頻段或一定范圍頻率內(nèi)的噪聲功率可以通過在該范圍頻率內(nèi)對(duì)PSD積分來確定。
柱狀圖為用戶提供了待測(cè)過程的概率密度函數(shù)的估計(jì)。這個(gè)數(shù)據(jù)可以用柱狀圖參數(shù)來解釋。圖8顯示了三個(gè)柱狀圖參數(shù)，即柱狀圖平均值(P5中的hmean)、柱狀圖標(biāo)準(zhǔn)偏差(P6中的hsdev)和范圍(P7)。這些是柱狀圖分布的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和范圍。這三張圖可以快速表征噪聲。
9圖8：用于噪聲分析的時(shí)間、頻率和統(tǒng)計(jì)域工具具有相關(guān)的參數(shù)測(cè)量。
三相功率測(cè)量
用于測(cè)量三相電路功率的雙功率計(jì)方法可以用四通道示波器來實(shí)現(xiàn)。三線三相負(fù)載的功耗可以用一個(gè)四通道示波器來確定，方法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)相位電流和兩個(gè)線路電壓。舉例來說，觀察圖9所示原理圖，三相電機(jī)消耗的總功率可以通過測(cè)量Vac、Vbc、Ia,和Ib加以確定：
圖9：可以使用兩個(gè)相位電流和兩個(gè)線路電壓測(cè)量三線三相負(fù)載(電機(jī))的功耗。
線路電壓Vac(t) 和Vbc(t)是用高壓差分探頭測(cè)量的。相位電流Ia 和Ib是用電流探頭測(cè)量的。這種功率測(cè)量要求使用帶4個(gè)輸入通道的示波器。圖10描述了這種技術(shù)。
圖10：使用兩個(gè)線路電壓和兩個(gè)相位電流測(cè)量方法測(cè)量三相電機(jī)消耗的功率。
有效功率的兩個(gè)分量分別是425.6W和425.8W。這兩個(gè)分量的和——或851.4W(使用P3中參數(shù)數(shù)學(xué)公式計(jì)算)——是電機(jī)消耗的總有效功率。
波形軌跡平滑
數(shù)字示波器是采樣型數(shù)據(jù)儀器。它們利用了著名的采樣理論——如果以大于某波形所含最高頻率兩倍的速率對(duì)該波形進(jìn)行采樣，那么就可以在不丟失信息的條件下重建這個(gè)波形。這個(gè)采樣過程的結(jié)果是，數(shù)字示波器中的波形軌跡由許多數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，如圖11所示。
圖11：可以用于平滑波形的三種技術(shù)例子。它們是sinx/x插值法、隨機(jī)交織采樣(RIS)法和持久軌跡平均法。
這是一個(gè)完全正確的波形，但理解起來有點(diǎn)難度。以某種連續(xù)形式觀察這些波形的最簡(jiǎn)單方法是用線將這些點(diǎn)連起來。這種方法被稱為線性插值法，圖中上方的軌跡顯示了一個(gè)例子。當(dāng)屏幕上采樣點(diǎn)很少時(shí)，這個(gè)例子只有50個(gè)點(diǎn)，線性插值法經(jīng)常出現(xiàn)不連續(xù)性。一種解決方案是增加采樣點(diǎn)數(shù)。如果數(shù)據(jù)是按采樣理論進(jìn)行采樣的，那么就可以利用諸如sin(x)/x等插值函數(shù)增加采樣點(diǎn)數(shù)。從上往下數(shù)第二條軌跡顯示了應(yīng)用sin(x)/x插值函數(shù)的結(jié)果，與原始采樣數(shù)據(jù)相比采樣點(diǎn)數(shù)增加了10倍。
sin(x)/x插值方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，如果波形有快速邊沿，就像脈沖波形中的那樣，就可能超過奈奎斯特極限，并且頻率分量有可能超過采樣頻率的一半。在這種情況下，sin(x)/x插值法就無效了，波形會(huì)失真。脈沖邊沿將出現(xiàn)實(shí)際波形中不存在的上沖和下沖現(xiàn)象，即所謂的“吉布斯耳朵”("Gibbs ears.")。
如果波形是重復(fù)性的，可以使用隨機(jī)交織采樣——一種等效時(shí)間采樣方法來增加有效的采樣率，并例采樣點(diǎn)靠得更近。圖11的上方第3條軌跡對(duì)此作了展示。如果波形是重復(fù)性的，打開顯示保留功能將產(chǎn)生僅基于采樣值的平滑波形，如圖11中下方軌跡所示，其中被稱為持久軌跡平均的先進(jìn)數(shù)學(xué)工具提供了捕捉持久顯示器上每個(gè)點(diǎn)均值的能力。
均方根和標(biāo)準(zhǔn)偏差
均方根(rms)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(sdev)是密切相關(guān)的測(cè)量。rms的計(jì)算公式是：
其中N是波形中的點(diǎn)數(shù)，Vn是第n個(gè)采樣點(diǎn)的值，mean是V的平均值。
對(duì)于零均值的波形來說，上面兩個(gè)公式是一致的，rms值和標(biāo)準(zhǔn)偏差相等。當(dāng)信號(hào)均值為非零時(shí)，從每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)減去均值后的sdev值就是減去均值后樣本的rms值。因此sdev是真正的交流rms值(在減去均值后的rms值)。
考慮圖12所示3.3V電源輸出上的紋波和噪聲的測(cè)量。
圖12：使用標(biāo)準(zhǔn)偏差(sdev)測(cè)量3.3V電源輸出上噪聲和紋波的交流rms值。
波形均值用參數(shù)P1進(jìn)行讀取。這是與紋波和噪聲無關(guān)的標(biāo)稱直流輸出。rms值P2同時(shí)包含了均值、紋波和噪聲。標(biāo)準(zhǔn)偏差(參數(shù)P3中的sdev)僅讀取電源輸出中的交流分量(噪聲和紋波)。要從每個(gè)測(cè)量點(diǎn)減去均值。因此標(biāo)準(zhǔn)偏差是“交流”rms值。
rms值現(xiàn)在變高了，因?yàn)榘似屏俊Ｖ谰岛蛂ms值后就可以計(jì)算sdev值了。
為了計(jì)算電源輸出上只是噪聲和紋波的rms值，你可以選擇標(biāo)準(zhǔn)偏差或交流rms。
本文小結(jié)
至此你又掌握了另外10個(gè)示波器功能的應(yīng)用，它們可以幫助你擴(kuò)展這種通用儀器的用途。希望其中一些應(yīng)用技巧能夠幫助到你的日常工作。
