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先前的文章介紹了擴展中檔數(shù)字存儲示波器(DSO)基本功能的十個技巧，本文將介紹另外十個技巧，它們可以幫助你節(jié)省時間，并使你成為公司的DSO專家。你可以點擊下面的鏈接直接查看某個具體技巧。 解調(diào)PWM信號 脈寬調(diào)制(PWM)被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源和電機控制器。分析控制環(huán)路的動態(tài)情況要求觀察脈沖寬度隨時間的變化。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(某些示波器中的時間跟蹤)功能解調(diào)出PWM控制信號。 首先，確保你的示波器包含所有實例測量。也就是說，如果你測量波形的寬度，示波器將測量屏幕上出現(xiàn)的波形的每個周期。示波器還應(yīng)該包含依據(jù)測量到的參數(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周期脈寬隨時間的變化，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顯示了作為負載電流階躍變化(軌跡C2，從上數(shù)第3個)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)與時間關(guān)系的(底部軌跡)。縮放軌跡Z1(從上數(shù)第2個)是水平方向放大了的隨負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波形每個周期即時寬度與時間的關(guān)系，反應(yīng)了軌跡C2(從上數(shù)第3條)所示的負載電流的階躍變化。 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、平均和最后一個脈沖寬度。 創(chuàng)建用于評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量項目。磁性材料可以通過繪制作為磁場強度(H)函數(shù)的磁通密度(B)進行表征。這個功能有時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是磁場強度，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，必須對電壓波形求積分。 如果需要的話，你可以使用重定標數(shù)學(xué)函數(shù)對磁場強度和磁通密度進行調(diào)整。這要求掌握待測器件的物理特性知識，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。從待測器件施加的電壓用數(shù)學(xué)軌跡F1進行積分，并在數(shù)學(xué)軌跡F2中作了重新定標，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，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數(shù)學(xué)函數(shù)來完成。重定標允許用戶將波形乘上一個常數(shù)，然后再增加一個常數(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種標準電氣單位，包括特斯拉。 圖4顯示了數(shù)學(xué)軌跡F2的重定標設(shè)置。我們需要將電壓波形的積分除以20×10-6，但因為重定標函數(shù)只提供與常數(shù)的相乘，因為我們需要使用倒數(shù)或50×103。覆蓋單位復(fù)選框打上勾后會提供一個單位輸入域，我們在此輸入代表特斯拉的T。這樣將波形中的每個點乘以想要的常數(shù)就可以實現(xiàn)積分輸出(數(shù)學(xué)軌跡F1)的重定標。F2數(shù)學(xué)軌跡的垂直坐標現(xiàn)在的讀取單位就是特斯拉了。同樣，數(shù)學(xué)軌跡F3用于將測量得到的電流重定標為磁場強度。 圖4：利用重定標數(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信號與相鄰?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：你可以對示波器的輸入進行帶通濾波操作，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。設(shè)置好的數(shù)學(xué)函數(shù)F1用于對通道1的輸入進行低通濾波。在這個案例中，ERES濾波器是16MHz的低通濾波器。軌跡F1(左邊中間)顯示了濾波器對時域信號的影響。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，但這種小技巧在標準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)定的串行標準對數(shù)據(jù)進行操作。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)輸入的二進制或16進制長度值搜索從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)檢測到所選的圖案時，WaveScan的7個動作中任何一個都可以被觸發(fā)。圖6所示例子已經(jīng)停止了采集。 發(fā)現(xiàn)信號異常 全部實例測量是示波器基于采集波形每個周期進行時序測量的能力。如果你測量每個周期，你可以顯示跟蹤圖，用于展示被測參數(shù)隨時間的變化，而該變化與采集的信號輸入是完全同步的。圖7包含這一功能的例子。 圖7：使用上升時間跟蹤參數(shù)尋找具有緩慢上升時間的單個波形周期。 采集信號是一個具有781個周期的4MHz正弦波。從上升時間參數(shù)(P1)統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，我們可以發(fā)現(xiàn)每個周期要做一次測量，因此共有781個值。上升時間的平均值是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峰值。跟蹤圖顯示了隨時間變化的每個周期測量值。它在時間上與軌跡C1中所采集的波形是同步的。跟蹤到的上升時間最大值是27ns。其位置與具有緩慢上升時間的周期在時間上是同步的。 將縮放軌跡Z1和Z2分別用作C1和F1的縮放圖，同時應(yīng)用多次縮放功能進行水平跟蹤，我們可以擴展它們尋找到對應(yīng)于最大周期值的單個周期。 這是全部實例測量的優(yōu)勢。你可以見到以單個周期為基礎(chǔ)的波形時序變化。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間的這種脈沖。 均方根和標準偏差 均方根(rms)和標準偏差(sdev)是密切相關(guān)的測量。rms的計算公式是： 其中N是波形中的點數(shù)，Vn是第n個采樣點的值。 標準偏差被定義為： 其中N是波形中的點數(shù)，Vn是第n個采樣點的值，mean是V的平均值。 對于零均值的波形來說，上面兩個公式是一致的，rms值和標準偏差相等。當(dāng)信號均值為非零時，從每個數(shù)據(jù)點減去均值后的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量。 圖12：使用標準偏差(sdev)測量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進行讀取。這是與紋波和噪聲無關(guān)的標稱直流輸出。rms值P2同時包含了均值、紋波和噪聲。標準偏差(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)。要從每個測量點減去均值。因此標準偏差是“交流”rms值。 rms值現(xiàn)在變高了，因為包含了偏移量。知道均值和rms值后就可以計算sdev值了。 為了計算電源輸出上只是噪聲和紋波的rms值，你可以選擇標準偏差或交流rms。 本文小結(jié) 至此你又掌握了另外10個示波器功能的應(yīng)用，它們可以幫助你擴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。 |
