讓示波器測(cè)量質(zhì)量提升1000倍的方法
您是否希望示波器測(cè)量盡可能最好?不要滿足于普通的測(cè)量;只需正確選擇信號(hào)的顯示刻度,即可顯著提升測(cè)量質(zhì)量。為什么?因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸勇屎头直媛试跍y(cè)量中同樣重要。
采樣率受示波器水平刻度的影響。
其公式為:采樣率=存儲(chǔ)深度/采集時(shí)間長(zhǎng)度
存儲(chǔ)深度是一個(gè)恒定值,采集時(shí)間長(zhǎng)度(或跡線長(zhǎng)度)是一個(gè)變量,取決于您的每格時(shí)間設(shè)置。隨著時(shí)間/格設(shè)定值增加,采集時(shí)間長(zhǎng)度增加。由于這一切都必須適應(yīng)示波器的存儲(chǔ)深度,在某一點(diǎn)上,示波器的ADC將不得不降低采樣率。這實(shí)際上意味著什么?我們以100kHz方波的頻率測(cè)量為例。我們知道頻率為100kHz且非常穩(wěn)定,因此我們可以利用測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差來(lái)判斷測(cè)量的質(zhì)量。圖1將100kHz方波的水平顯示刻度設(shè)置為滿刻度20毫秒。并且,示波器的采樣率已自動(dòng)從5GSa/秒下降到100MSa/秒,以使整個(gè)跡線能夠保存到示波器的存儲(chǔ)器中。在大約1500次測(cè)量后,測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方差為1.49kHz(約1.5%)。
圖1
但是,如果我們選擇更小的時(shí)間/格設(shè)置值,有效縮短采集時(shí)間長(zhǎng)度并提高采樣率,看看會(huì)發(fā)生什么。圖2所示為同一信號(hào),但水平刻度設(shè)為1.2微秒/格。標(biāo)準(zhǔn)方差現(xiàn)為1.5Hz,是我們之前測(cè)量結(jié)果的千分之一。
圖2
所改變的只是信號(hào)的水平刻度以及示波器的采樣率。因此,選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ魉娇潭?,?duì)于時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量有很大的影響。
與水平刻度對(duì)時(shí)間相關(guān)測(cè)量有影響一樣,垂直刻度也會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量(電壓峰峰值、RMS等)產(chǎn)生影響。我們?cè)俅我酝瑯拥?00kHz方波為例,來(lái)看看峰峰值電壓。圖3中的信號(hào)定標(biāo)為770毫伏/格。測(cè)量結(jié)果峰峰值的標(biāo)準(zhǔn)方差為18毫伏。將示波器的伏/格設(shè)置降至66毫伏/格,則測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差變成1.22毫伏。這幾乎改善了15倍!
圖3
圖4
垂直刻度設(shè)置為什么會(huì)起到作用?通過(guò)設(shè)置信號(hào)刻度,使之盡可能填滿屏幕,我們就能完全利用示波器的分辨率優(yōu)勢(shì)。分辨率是ADC能夠達(dá)到多高精度的標(biāo)志。分辨率越高,ADC能檢測(cè)的垂直電平數(shù)量越多。例如,下圖所示為一個(gè)2位ADC。紅色正弦波是ADC的模擬輸入,藍(lán)色波形是數(shù)字化輸入。您可以看到,出現(xiàn)了四個(gè)不同的量化電平。
圖5
此圖所示為3位ADC對(duì)同一模擬波形進(jìn)行數(shù)字化處理的結(jié)果。量化電平數(shù)越多,ADC的數(shù)字輸出就越接近模擬輸入。
圖6
如果垂直定標(biāo)的信號(hào)只填充了示波器屏幕的一部分,那么您實(shí)際上沒(méi)有充分利用ADC的分辨率。例如,如果您將信號(hào)定標(biāo)至占據(jù)3位ADC屏幕的一半,那么在信號(hào)上方和下方您會(huì)分別留下兩個(gè)未使用的量化電平。這意味著,您的3位ADC只能使用四個(gè)量化電平,相當(dāng)于一個(gè)2位ADC的精度。
了解如何正確地設(shè)置示波器信號(hào)顯示刻度,能極大地改善您的測(cè)量質(zhì)量。適當(dāng)?shù)乃蕉?biāo)會(huì)顯著改善時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量,而適當(dāng)?shù)拇怪倍?biāo)則會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量產(chǎn)生積極影響。下一次使用示波器時(shí),請(qǐng)記住:正確設(shè)置信號(hào)刻度,可以獲得**的測(cè)量結(jié)果!
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