|
先前的文章介紹了擴展中檔數字存儲示波器(DSO)基本功能的十個(gè)技巧，本文將介紹另外十個(gè)技巧，它們可以幫助你節省時(shí)間，并使你成為公司的DSO專(zhuān)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PWM信號 脈寬調制(PWM)被廣泛應用于開(kāi)關(guān)電源和電機控制器。分析控制環(huán)路的動(dòng)態(tài)情況要求觀(guān)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(méi)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)功能解調出PWM控制信號。 首先，確保你的示波器包含所有實(shí)例測量。也就是說(shuō)，如果你測量波形的寬度，示波器將測量屏幕上出現的波形的每個(gè)周期。示波器還應該包含依據測量到的參數產(chǎn)生波形的跟蹤功能。寬度或“width@level”參數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PWM信號的理想工具。跟蹤功能可以從參數或數學(xué)設置中訪(fǎng)問(wèn)。 圖1顯示了作為負載電流階躍變化(軌跡C2，從上數第3個(gè))響應的PWM控制器輸出(軌跡C1，頂部軌跡)的跟蹤軌跡F1，即展示width@level 參數與時(shí)間關(guān)系的(底部軌跡)�？s放軌跡Z1(從上數第2個(gè))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參數跟蹤功能，在數學(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，反應了軌跡C2(從上數第3條)所示的負載電流的階躍變化。 參數可以像圖1中那樣應用于跟蹤功能，其中參數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(xiàn)是一種常見(jiàn)的電源測量項目。磁性材料可以通過(guò)繪制作為磁場(chǎng)強度(H)函數的磁通密度(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發(fā)生器產(chǎn)生B/H曲線(xiàn)。 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 l是平均路徑長(cháng)度，單位米 v(t)是電感上的電壓，單位伏特 i(t)是流過(guò)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(huà)，你可以使用重定標數學(xué)函數對磁場(chǎng)強度和磁通密度進(jìn)行調整。這要求掌握待測器件的物理特性知識，如上面公式中規定的那樣。 圖3顯示了這種電壓與電流經(jīng)積分后的B/H曲線(xiàn)在示波器屏幕上顯示的結果。從待測器件施加的電壓用數學(xué)軌跡F1進(jìn)行積分，并在數學(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。電流波形在數學(xué)軌跡F3中得到重新定標，并應用于水平軸。 圖3：根據電感上的電壓和流經(jīng)電感的電流產(chǎn)生并經(jīng)過(guò)適當調整的磁滯圖。 將波形數據重定標為合適的單位 在前一章節中，我們必須將電壓波形的積分轉換為磁通密度。這要求將波形除以一個(gè)常數(匝數與橫截面的乘積)。另外，正確的單位應該是特斯拉。這些操作可以使用示波器的重定標數學(xué)函數來(lái)完成。重定標允許用戶(hù)將波形乘上一個(gè)常數，然后再增加一個(gè)常數，而且可以通過(guò)配置用用戶(hù)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顯示了數學(xué)軌跡F2的重定標設置。我們需要將電壓波形的積分除以20×10-6，但因為重定標函數只提供與常數的相乘，因為我們需要使用倒數或50×103。覆蓋單位復選框打上勾后會(huì )提供一個(gè)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(gè)點(diǎn)乘以想要的常數就可以實(shí)現積分輸出(數學(xué)軌跡F1)的重定標。F2數學(xué)軌跡的垂直坐標現在的讀取單位就是特斯拉了。同樣，數學(xué)軌跡F3用于將測量得到的電流重定標為磁場(chǎng)強度。 圖4：利用重定標數學(xué)函數將垂直刻度從伏特-秒轉換為特斯拉。覆蓋單位復選框支持用戶(hù)自定義的單位。 創(chuàng )建帶通濾波器 你曾經(jīng)有過(guò)用帶通濾波器將目標信號與相鄰通道干擾隔離開(kāi)來(lái)的需求嗎？大多數中檔示波器都包含有增強分辨率(ERES)數學(xué)函數形式的低通濾波器，但沒(méi)有帶通濾波器，除非你有數字濾波器選件。你可以使用一些技巧將ERES低通濾波器轉換成帶通濾波器。圖5顯示了這一技巧。 圖5：你可以對示波器的輸入進(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，然后再對結果應用低通濾波器。 左上角的軌跡C1是一種窄脈沖輸入信號。設置好的數學(xué)函數F1用于對通道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)顯示了濾波器對時(shí)域信號的影響。在數學(xué)函數F2中，從輸入中減去F1中低通濾波器的輸出，從而去除低頻內容，得到高通響應。F2中的第二次數學(xué)操作是另外一個(gè)截止頻率為58MHz的ERES低通濾波器。結果就是軌跡F2(左下)中的帶通響應。 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(guò)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函數中濾波器選擇的限制。示波器中提供的數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。 捕捉串行數據圖案 示波器一般都有幾種工具捕捉串行數據圖案�？蛇x的串行觸發(fā)器和解碼功能可以根據規定的串行標準對數據進(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(chēng)為WaveScan的示波器搜索功能。這種數據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(lèi)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輸入的二進(jìn)制或16進(jìn)制長(cháng)度值搜索從2位至64位的圖案。除了串行圖案外，用戶(hù)還必須輸入串行位速率。這些參數包含在“NRZ-to-Digital”卡片內用于串行圖案識別的物理參數設置中，除了數據位速率，還有斜率和數據的邏輯閾值。 當檢測到所選的圖案時(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)現信號異常 全部實(shí)例測量是示波器基于采集波形每個(gè)周期進(jìn)行時(shí)序測量的能力。如果你測量每個(gè)周期，你可以顯示跟蹤圖，用于展示被測參數隨時(shí)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(shí)間跟蹤參數尋找具有緩慢上升時(shí)間的單個(gè)波形周期。 采集信號是一個(gè)具有781個(gè)周期的4MHz正弦波。從上升時(shí)間參數(P1)統計數據看，我們可以發(fā)現每個(gè)周期要做一次測量，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(kāi)上升時(shí)間跟蹤曲線(xiàn)數學(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)應用多次縮放功能進(jìn)行水平跟蹤，我們可以擴展它們尋找到對應于最大周期值的單個(gè)周期。 這是全部實(shí)例測量的優(yōu)勢。你可以見(jiàn)到以單個(gè)周期為基礎的波形時(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(diǎn)數，Vn是第n個(gè)采樣點(diǎn)的值。 標準偏差被定義為： 其中N是波形中的點(diǎn)數，Vn是第n個(gè)采樣點(diǎn)的值，mean是V的平均值。 對于零均值的波形來(lái)說(shuō)，上面兩個(gè)公式是一致的，rms值和標準偏差相等。當信號均值為非零時(shí)，從每個(gè)數據點(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P1進(jìn)行讀取。這是與紋波和噪聲無(wú)關(guān)的標稱(chēng)直流輸出。rms值P2同時(shí)包含了均值、紋波和噪聲。標準偏差(參數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)測量點(diǎn)減去均值。因此標準偏差是“交流”rms值。 rms值現在變高了，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 至此你又掌握了另外10個(gè)示波器功能的應用，它們可以幫助你擴展這種通用儀器的用途。希望其中一些應用技巧能夠幫助到你的日常工作。 |
