示波器存储深度
定义:一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数
最大记录长度由示波器的存储容量决定,要增加存储容量才能增加记录长度
是为捕获和显示单次信号过渡过程提供的重要指标
示波器的存储由两个方面来完成:
触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点;
示波器的存储深度决定了数据存储的终点。
记录时间=记录长度 / 采样率
由于时基和采样率是联动的,所以时基的速度快慢将同时改变采样率的高低。当采样率达到指标定义最高速率时,加快基速度的调整,采样率将不能加快。
时基与采样率的关系应为:存储深度(点)时间/格10=采样间隔. 1/采样间隔=采样率
示波器采样率与存储长度的关系
示波器最高采样率决定示波器单次带宽的限制,为保证波形精确复现建议:正弦内插技术示波器以:采样率/ 5=单次带宽的公式计算单次带宽,线性内插技术示波器以:采样率/10=单次带宽公式计算。
采样率不足将限制示波器单次带宽。如果示波器在全带宽范围内,对单次信号实现捕获和精确复现。只有采样率高于示波器带宽5倍以上(正弦内插),才能使示波器的重复信号带宽=单次信号带宽。
示波器存储长度对波形的记录是以波形精确捕获为前提。
当信号频率或速度超过单次带宽的限制(信号不能重组),即使示波器带宽对信号不产生影响,但由于采样不足将造成显示信号的混叠、畸变和漏失。就是示波器有在长的存储,存储的波形也是畸变的失真波形。
当单次信号中的高频成份,低于示波器的单次带宽,才能保证信号的高频细节。此时存储长度越长,波形记录时间越长。存储深度短,将丢失波形部分时间的信息。
采样率、单次带宽与存储深度对波形限制
存储深度总结
示波器带宽、单次带宽和记录长度对被测波形显示的影响:
单次带宽对单次信号的精确复现起到限制作用。对单次事件和脉冲串等非重复信号,以及对重复信号中的异常信号进行捕获时,如采样率不符合捕获信号速度的要求,将造成复现的信号会失去高频成份。显示的信号与被测信号相比,上升和下降时间变慢,或高频脉冲信息漏失,影响信号完整性测量。在这种情况下不论示波器的存储深度有多长,已没有实际意义。
在保证对单次信号进行精确捕获前提下,示波器存储深度越长,波形的存储时间就越长。
由于示波器存储深度有限。使用的不是示波器最高采样率,对单次信号进行捕获时。提高采样率可以提高对信号的捕获精度和分辨率。但降低了存储信号的时间。
采样率和存储深度有限,提高存储时间只能降低采样率,但降低采样率将失去波形的细节同时失去快沿信号的高频成份使上升时间变慢。
如单次信号时间较长,要保证信号中高频信息不丢失(信号漏失和畸变)。需要我们综合考虑示波器带宽、采样率和存储长度等指标,以保证被测信号的精确复现。
示波器的捕获率和触发功能、可以优化示波器的存储深度和采样率。
示波器的触发
触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候,都从输入信号上与定义的相同的触发条件开始,这样每一次扫描或采集的波形就同步,可以每次捕获的波形相重叠,从而显示稳定的波形,或保证单次信号的捕获、
模拟示波器触发和数字示波器的触发是使重复信号稳定显示
对单次信号进行捕获
对重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获。
触发设置是使用示波器最麻烦的一点
示波器设置都是依据信号特征进行的,所以应该对被测信号有所了解。
示波器提供了许多触发设置方式,这些触发器(功能)可以响应输入信号的不同条件,根据波形特征加以设定和正确应用。会使检测简化,帮助快速发现问题。如一个脉冲比实际应该达到的宽度要窄,若只使用电压门限的触发器是不可能捕获到这样的脉冲。
高级触发控制使你可以单独关注波形中感兴趣的细节,这样可以使示波器采样速率和记录长度得到优化。
触发器:边缘(电压门限)、释抑、脉冲、逻辑、视频、B触发等、
触发模式:自动、正常、单次、滚动模式
数字示波器时基和触发电路功能
数字示波器的时基和触发电路的功能与模拟示波器的有很大不同。它不像模拟示波器的时基电路那样产生斜波电压。而时基电路是一个晶体振荡器。通过测量触发信号和取样时钟之间的时间差,微处理器便可确定将波形取样放在显示器的什么地方。
对选定的触发功能和设定的触发条件,进行精确的鉴别,依据是否符合触发条件决定取样阀门的关断。
示波器观测波形:应根据波形特征进行对示波器设置
所有波形都具有自己的特征,主要类别
周期信号:连续不断的信号
周期相同的简单重复信号如:正弦波、方波等信号
在小周期内不同但每个小周期可以重叠的周期信号如:调制、多周期、低重复率等信号
复杂周期信号如:视频信号
非周期信号或称为单次信号:有起始和结止时间的信号
高速单次信号如:单脉冲、阶跃等信号
单次事件信号如:脉冲序列、高压放电、震荡等信号
重复信号中的异常信号如:重复信号中的欠幅脉冲、脉冲序列中特征码等信号
示波器接入电路后并不能看到波形,我们需要根据已知信号的特征进行对示波器调整和触发条件的设定,才能捕获得到稳定显示的波形。
调整垂直和水平部分,合理的选择耦合、垂直与时基等,为波形稳定或为单次信号的捕获做好合理显示的准备。
根据的波形特征,选择触发器和设定触发条件才能稳定和捕获你关心的信号;
数字示波器捕获模式
示波器捕获模式是控制如何从采样点中产生出的波形点。
采集模式:是最简单的捕获模式,每一个采样间隔,示波器存储一个采样点的值,并做为波形的一个点。
峰值检测模式:以最高的采样速率运行ADC,既便设置的时基非常慢。采样模式不能捕获采样点之间的快速变化的信号,而峰值检测模式可以捕获到。利用该模式可非常有效地观察到偶尔发生的窄脉冲。
包络模式:要观察信号的噪声或者抖动现象时。采用包络模式。示波器在连续采集过程中,对波形记录中的每个采样点位置的最小值和最大值都存储下来,并以此构成波形显示。这种模式可采用可变余辉的调节,使采样点在屏幕上保持一定的时间,直至无限显示。包络捕获和无限余辉显示的用途之一,是测量信号最坏的情况。如波形抖动、监察毛刺、观察峰峰值噪声、显示包络线、检测信号漂移等。
平均模式:是示波器把连续的各次波形采集的结果,通过计算连续捕获得到的波形点的平均值,产生最后显示的波形。采用平均捕获模式,示波器要用更长的时间才能响应信号的变化。平均模式在减少噪声的同时并没有损失带宽,将噪声删除,有利于对信号进行精确测量。
数字示波器触发模式
自动:即使没有触发,自动模式也能引起示波器的扫描。如果没有信号的输入,示波器中的定时器触发扫描。有信号显示信号,没有信号显示水平基线。
正常:当输入信号不能满足触发条件时,不扫描,示波器没有任何显示。只有当输入信号满足设置的触发点条件时,才进行扫描,并将最后捕获到的信号冻结显示在屏幕上。如符合触发条件,再次进行捕获,清除上次信号,保留冻结此次的波形。
单次:当输入的单次信号满足触发条件时,进行捕获(扫描),将波形存储和显示在屏幕上。此时再有信号输入示波器不予理会。需要进行再次捕获必须进行单次设置。
滚动:模式是一种可以应用于全连续显示的方式,可以用示波器来代替图表记录仪来显示慢变化的现象,如化学过程、电池的冲放电周期或温度对系统性能的影响等。
注:在实际应用中,采用正常触发模式即使触发以很慢的速率发生,也能观测感兴趣的内容。对低重复的信号捕获是非常有意义。
预触发和触发位置
数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发前的事件这是因为数据被连续地存储到内存中,同时触发事件在数据量足够后停止采集。
只有数字示波器才有触发位置控制,它代表的是波形记录中的水平位置。
变更水平触发位置,可以允许你采集触发事件以前的信号,称为预触发。这样,可以确定触发点前面部分和后面部分所包含的可视信号的长度。
预触发
预触发是一个有价值的处理故障的工具,如果故障间歇地发生,可以利用预触发来解决这样的问题,记录故障发生前的事件,很可能找到原因,
由于电路器件对信号的延时效应,其他方面应用如 :开关特性输入和输出瞬态特性,以输出信号触发来观看研究输入的小信号。
触发耦合
由于示波器的输入信号经放大器分两路,一路进入A/D采样器;一路到触发电路,形成触发信号。
触发耦合是触发信号与触发电路的耦合方式,就像垂直系统输入一样,可为触发信号选择各种耦合方式。这些设置对消除触发噪声很有用处,噪声的消除可以避免错误的触发。耦合方式:
默认时为DC耦合:触发信号直接连到触发电路
交流耦合:触发源通过一个串联的电容连到触发电路起到隔直作用
HF抑制:使触发信号通过低通滤波器以抑制高频分量,这意味即使一个低频信号中包含很多高频噪声,仍能使其按低频信号触发。
LF抑制:使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分。这意味即使一个高频信号中包含很多低频噪声,仍能使其按低频信号触发。这对于显示包含很多电源交流信号时情况是很有用处的。
边缘触发功能:是使重复信号同步、稳定显示
示波器为使重复波形稳定显示,具有边缘触发最基本的触发方式,
上升、下降沿和触发电平在信号边缘上构成触发点,重复信号会有多个触发点。触发位置、沿和触发电平决定每次扫描的开始时刻。同时触发位置还代表波形记录中触发水平位置。
边缘触发控制器是使每一次扫描起始都从信号的相同触发位置开始,不断的显示输入信号的相同部分,并使每次捕获的波形相重叠显示。
波形边缘和触发电平的设置成为重复信号显示的标准条件;
对于重复信号AUTOSET(自动设置)是最简单的触发方式。
边缘触发和单次触发:是使简单单次信号得到捕获
示波器为使单次信号(包括重复信号中的过冲异常)得到捕获。边缘触发条件是基本的触发方式。但要同时设定单次触发模式进行配合。
重复信号上升、下降沿和触发电平在信号边缘上构成触发点,而重复信号会构成有多个触发点。估对重复信号中异常波形捕获的触发条件设定,必须能使沿和触发电平构成唯一触发条件,信号方能得到隔离捕获。
波形边缘和电平的设置是单次信号捕获的标准条件
触发释抑(Hold off):调整设定,是使特殊重复信号同步、稳定显示。
一些信号在在小周期内不重复,但每个小周期可以相重叠的周期信号如:调制、多周期、重复率低等信号(如图)
信号具有多个可能的触发点,但示波器的扫描间隔是固定的,会造成使每一次扫描起始都从信号不相同位置开始,使波形显示混乱。
采用触发隔离功能:即在各次扫描之间加入延迟时间,使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形显示。
依据波形特征设置显示稳定的触发条件沿和触发电平标准条件设定,同时还有设定触发释抑波形特征条件。
宽度触发:我们关心周期信号中出现的与规定时间宽度不符的异常信号或关心脉冲序列中的某一时间宽度特征码捕获。使用脉冲宽度触发是最佳选择。
由于信号在波形的沿上都具有触发点。隔离捕获异常宽度信号时,利用边缘触发的基本方式设定触发条件,是不可能捕获到异常宽度波形。
根据信号的特征(波形宽度问题),选用脉冲宽度触发功能设定触发电平和设定所要捕获波形的时间宽度( 时间触发条件设定为= 或 <或 >或 ≠)。当波形满足电平触发条件。同时满足设定的波形时间宽度的触发条件时,通过脉冲宽度触发比较器使示波器触发,捕获到所关心的宽度波形。
利用脉冲宽度触发,可以长时间监视信号,当脉冲宽度超过设定的允许范围时,引起触发。
脉冲宽度设定整范围:(TDS3000B为,39.6ns—10s)
欠幅触发:我们关心信号周期信号中出现的与规定幅度不符的异常波形或关心脉冲序列的欠幅脉冲的捕获。使用欠幅触发是最佳选择;
由于信号在波形的沿上都具有触发点。隔离捕获欠幅信号时,利用边缘触发的基本方式设定触发条件,是不可能捕获到欠幅波形。
根据信号的特征(波形欠幅问题),选用欠幅触发功能,设定高低电平。当波形满足低电平触发条件,同时(波形幅度低于设置的高电平)不能满足高电平触发条件时,通过欠幅触发比较器使示波器触发,捕获到欠幅的波形。
TDS3KB在使用欠幅触发时,可同时选择波形宽度条件 (方法与脉宽触发相同) ,当波形满足高低电平设置条件,同时满足设定的波形时间宽度的触发条件时,通过欠幅触发比较器使示波器触发,捕获到所关心的欠幅波形。
利用欠幅触发,可以长时间监视信号,当波形幅度低于设定的门限电平时,引起触发。
摆率触发:我们关心信号周期信号中,出现的与规定边缘速率不符的异常波形或关心脉冲序列的边缘速率异常的脉冲捕获。使用摆率触发是最佳选择。
摆率= V幅度 / S时间。幅度表示高低阀值之间的幅度,时间表示波形沿高低阀值之间的时间。摆率表示沿由低电平变化到高电平的速度。
由于信号在波形的沿上都具有触发条件,隔离捕获上升或下降时间异常信号时,利用边缘触发的基本方式设定触发条件,是不可能捕获到关心的波形。
根据信号的特征(波形边沿速度问题),选用摆率触发功能,设定高低阀值和高低阀值之间的时间。示波器自动计算摆率(摆率触发条件设定为= 或 <或 >或 ≠)当波形满足触发条件条件时,通过触发触发比较器使示波器触发,捕获到关心的沿信号。
摆率触发。如果高频信号的响应速率比期望或需要的快,则发出易出故障的能量,响应速率触发优于传统的边缘触发,这是因为增加了时间元素,允许您选择触发边缘的快慢。
逻辑触发:我们关心各通道输入信号之间的数字逻辑关系,选择逻辑触发是最佳的选择;
如果输入通道的逻辑组合满足触发条件时,产生触发。则为逻辑触发。特别适用验证数字逻辑的操作。
B触发:我们关心单次信号某时间后发生的信息或关心单次信号某时件后发生的信息,使用B触发功能是最佳选择。
由于存储深度的限制,但希望观测某时刻后发生的信息,又不希望失去信号高频信息(降低采样率提升存储时间会丢失信号高频成份),选择B触发功能是最佳选择。
根据波形的特征(所关心信号部分)设定A触发、B触发电平和A.B触发点之间的时间或事件。满足,信号从A触发点(条件)开始,经过延时时间或事件后到B触发点(条件)产生触发。
时间触发:是以计时器鉴别比较AB触发条件之间的时间;
事件触发:是以计数器鉴别比较AB触发条件之间的事件次数;
视频和通讯触发
TV触发:
在TV模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中的同步脉冲作为触发信号。TV触发有两种模式,TVF 场和TVL行
行和场选择;自定义‘
通讯触发:在示波器中为选项
适合捕获通讯传输信号,以触发模板判断信号通过与不通过,并进行记录。
捕获率(DPO技术):我们关心重复信号中存在的异常波形(未知信息)和观测复杂重复信号,使用DPO技术是发现故障信息的最佳选择。
数字荧光示波器波形捕获能力,可快速发现波形中的异常信号。可将未知信号转变为可视的已知信号。
通过示波器的高级触发功能选择和设置,进一步将信号隔离捕获,从而能对该信号进行精确的测量和分析。
向触发功能一样,捕获率可以减小示波器实际需要的存储深度,优化采样率和示波器存储深度。
DPO技术不但快速的波形捕获率,同时对每次捕获的波形进行数字荧光处理。使其有类似模拟示波器一样的,对信号具有快速实时响应和亮度等级显示的能力。观测重复信号中异常波形和复杂重复信号使用DPO是最佳选择。
异常波形检测功能
(XY)模式-Lissajous
X-Y模式是示波器是一种测量相移的方法。这时示波器将时基关闭,两个通道X,Y轴都跟踪电压。从李萨如模式的形状可以分辨两个信号间的相位差异,而且还能分辨它们的频率比率。
相位测量;频率测量;
总结:
示波器的作用是精确显示用户所需要观测的信号和波形
示波器的主要技术指标是保证所观测的信号和波形不失真的前提条件。
我们需要以用户可以接受共同技术原理、定理、公式等基础知识,结合客户观测波形的特征,共同探讨示波器和探头指标对所观测信号精度的好处和危害。帮助用户选择符合用户观测精度要求的示波器。
根据波形特征,测试条件、测试环境合理设置示波器,并正确的连接被测电路,是示波器捕获信号的必要条件。
示波器作为观测电信号的工具,由于波形类别多样性和操作复杂性。要求我们结合客户所观测的波形特征,帮助客户合理设置示波器的垂直和水平系统、选择设置触发和测量等功能。达到捕获波形和进行波形测量需求目的。
网友评论