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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，本文將介紹另外十個(gè)技巧，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。 解調(diào)PWM信號(hào) 脈寬調(diào)制(PWM)被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源和電機(jī)控制器。分析控制環(huán)路的動(dòng)態(tài)情況要求觀察脈沖寬度隨時(shí)間的變化。如果你的示波器具有電源分析選件包，那么你就能直接使用這個(gè)功能。如果你的示波器沒有這方面的配置，你可以使用示波器的跟蹤(某些示波器中的時(shí)間跟蹤)功能解調(diào)出PWM控制信號(hào)。 首先，確保你的示波器包含所有實(shí)例測(cè)量。也就是說，如果你測(cè)量波形的寬度，示波器將測(cè)量屏幕上出現(xiàn)的波形的每個(gè)周期。示波器還應(yīng)該包含依據(jù)測(cè)量到的參數(shù)產(chǎn)生波形的跟蹤功能。寬度或“width@level”參數(shù)的跟蹤可以顯示每個(gè)周期脈寬隨時(shí)間的變化，并且與源軌跡同步。因此寬度跟蹤是解調(diào)PWM信號(hào)的理想工具。跟蹤功能可以從參數(shù)或數(shù)學(xué)設(shè)置中訪問。 圖1顯示了作為負(fù)載電流階躍變化(軌跡C2，從上數(shù)第3個(gè))響應(yīng)的PWM控制器輸出(軌跡C1，頂部軌跡)的跟蹤軌跡F1，即展示width@level 參數(shù)與時(shí)間關(guān)系的(底部軌跡)。縮放軌跡Z1(從上數(shù)第2個(gè))是水平方向放大了的隨負(fù)載變化的控制器輸出，展示了脈寬的變化。 圖1：使用width@level參數(shù)跟蹤功能，在數(shù)學(xué)軌跡F1(最底部的軌跡)中顯示PWM波形每個(gè)周期即時(shí)寬度與時(shí)間的關(guān)系，反應(yīng)了軌跡C2(從上數(shù)第3條)所示的負(fù)載電流的階躍變化。 參數(shù)可以像圖1中那樣應(yīng)用于跟蹤功能，其中參數(shù)P2到P4分別從跟蹤波形中讀取最大、最小、平均和最后一個(gè)脈沖寬度。 創(chuàng)建用于評(píng)估磁性器件的磁滯圖 用于電感或變壓器等電磁元件的磁滯或B/H曲線是一種常見的電源測(cè)量項(xiàng)目。磁性材料可以通過繪制作為磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)函數(shù)的磁通密度(B)進(jìn)行表征。這個(gè)功能有時(shí)在示波器的電源分析選件中提供。這種圖也很容易在帶X-Y顯示器的任何示波器上創(chuàng)建。圖2顯示了如何連接電感和信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生B/H曲線。 圖2：將電壓波形v(t)連接到示波器X-Y顯示器的垂直或Y通道。電流波形i(t)連接到水平或X通道。 H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為安培/米 B是磁通密度，單位特斯拉 A是橫截面積，單位平方米 n是匝數(shù) l是平均路徑長(zhǎng)度，單位米 v(t)是電感上的電壓，單位伏特 i(t)是流過電感的電流，單位安培 需要注意的是，為了確定磁通密度，必須對(duì)電壓波形求積分。 如果需要的話，你可以使用重定標(biāo)數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通密度進(jìn)行調(diào)整。這要求掌握待測(cè)器件的物理特性知識(shí)，如上面公式中規(guī)定的那樣。 圖3顯示了這種電壓與電流經(jīng)積分后的B/H曲線在示波器屏幕上顯示的結(jié)果。從待測(cè)器件施加的電壓用數(shù)學(xué)軌跡F1進(jìn)行積分，并在數(shù)學(xué)軌跡F2中作了重新定標(biāo)，最終在X-Y顯示器的垂直軸上讀取單位為特斯拉的磁通密度。電流波形在數(shù)學(xué)軌跡F3中得到重新定標(biāo)，并應(yīng)用于水平軸。 圖3：根據(jù)電感上的電壓和流經(jīng)電感的電流產(chǎn)生并經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整的磁滯圖。 將波形數(shù)據(jù)重定標(biāo)為合適的單位 在前一章節(jié)中，我們必須將電壓波形的積分轉(zhuǎn)換為磁通密度。這要求將波形除以一個(gè)常數(shù)(匝數(shù)與橫截面的乘積)。另外，正確的單位應(yīng)該是特斯拉。這些操作可以使用示波器的重定標(biāo)數(shù)學(xué)函數(shù)來完成。重定標(biāo)允許用戶將波形乘上一個(gè)常數(shù)，然后再增加一個(gè)常數(shù)，而且可以通過配置用用戶選擇的單位覆蓋原有單位(本例中是伏特)。本例中使用的示波器提供48種標(biāo)準(zhǔn)電氣單位，包括特斯拉。 圖4顯示了數(shù)學(xué)軌跡F2的重定標(biāo)設(shè)置。我們需要將電壓波形的積分除以20×10-6，但因?yàn)橹囟?biāo)函數(shù)只提供與常數(shù)的相乘，因?yàn)槲覀冃枰褂玫箶?shù)或50×103。覆蓋單位復(fù)選框打上勾后會(huì)提供一個(gè)單位輸入域，我們?cè)诖溯斎氪硖厮估腡。這樣將波形中的每個(gè)點(diǎn)乘以想要的常數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)積分輸出(數(shù)學(xué)軌跡F1)的重定標(biāo)。F2數(shù)學(xué)軌跡的垂直坐標(biāo)現(xiàn)在的讀取單位就是特斯拉了。同樣，數(shù)學(xué)軌跡F3用于將測(cè)量得到的電流重定標(biāo)為磁場(chǎng)強(qiáng)度。 圖4：利用重定標(biāo)數(shù)學(xué)函數(shù)將垂直刻度從伏特-秒轉(zhuǎn)換為特斯拉。覆蓋單位復(fù)選框支持用戶自定義的單位。 創(chuàng)建帶通濾波器 你曾經(jīng)有過用帶通濾波器將目標(biāo)信號(hào)與相鄰?fù)ǖ栏蓴_隔離開來的需求嗎？大多數(shù)中檔示波器都包含有增強(qiáng)分辨率(ERES)數(shù)學(xué)函數(shù)形式的低通濾波器，但沒有帶通濾波器，除非你有數(shù)字濾波器選件。你可以使用一些技巧將ERES低通濾波器轉(zhuǎn)換成帶通濾波器。圖5顯示了這一技巧。 圖5：你可以對(duì)示波器的輸入進(jìn)行帶通濾波操作，方法是從輸入通道中減去低通濾波后的輸入，然后再對(duì)結(jié)果應(yīng)用低通濾波器。 左上角的軌跡C1是一種窄脈沖輸入信號(hào)。設(shè)置好的數(shù)學(xué)函數(shù)F1用于對(duì)通道1的輸入進(jìn)行低通濾波。在這個(gè)案例中，ERES濾波器是16MHz的低通濾波器。軌跡F1(左邊中間)顯示了濾波器對(duì)時(shí)域信號(hào)的影響。在數(shù)學(xué)函數(shù)F2中，從輸入中減去F1中低通濾波器的輸出，從而去除低頻內(nèi)容，得到高通響應(yīng)。F2中的第二次數(shù)學(xué)操作是另外一個(gè)截止頻率為58MHz的ERES低通濾波器。結(jié)果就是軌跡F2(左下)中的帶通響應(yīng)。 軌跡F3(右上)顯示了輸入快速傅里葉變換(FFT)的頻譜。F4(右中)是低通濾波過后的輸入頻譜。軌跡F5(右下)是帶通濾波操作的頻譜。對(duì)這些濾波器的控制受ERES函數(shù)中濾波器選擇的限制。示波器中提供的數(shù)字濾波器選件包可以提供更大的靈活性，但這種小技巧在標(biāo)準(zhǔn)配置的示波器中都可以使用。 捕捉串行數(shù)據(jù)圖案 示波器一般都有幾種工具捕捉串行數(shù)據(jù)圖案。可選的串行觸發(fā)器和解碼功能可以根據(jù)規(guī)定的串行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。另外一種串行圖案捕捉技術(shù)是使用案例所用示波器中被稱為WaveScan的示波器搜索功能。這種數(shù)據(jù)搜索引擎包含在所有這家供貨商的中檔示波器中，其它制造商也提供類似的功能。圖6顯示了使用WaveScan捕捉串行圖案的例子。 圖6：使用串行圖案搜索模式下的WaveScan搜索引擎捕捉18位串行圖案。從2位到64位的圖案可以用作搜索條件。還需要在“NRZ-to-Digital”卡片下輸入位速率、斜率和邏輯電平。 串行圖案搜索模式將根據(jù)輸入的二進(jìn)制或16進(jìn)制長(zhǎng)度值搜索從2位至64位的圖案。除了串行圖案外，用戶還必須輸入串行位速率。這些參數(shù)包含在“NRZ-to-Digital”卡片內(nèi)用于串行圖案識(shí)別的物理參數(shù)設(shè)置中，除了數(shù)據(jù)位速率，還有斜率和數(shù)據(jù)的邏輯閾值。 當(dāng)檢測(cè)到所選的圖案時(shí)，WaveScan的7個(gè)動(dòng)作中任何一個(gè)都可以被觸發(fā)。圖6所示例子已經(jīng)停止了采集。 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。 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。 標(biāo)準(zhǔn)偏差被定義為： 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。 |
