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作为大功率直流电源电路设计工程师的您知道示波器的基本测量工具该如何使用吗?

示波器是一种电压响应测量仪器,包括三种基本测量工具。随着仪器的发展,这些工具也在持续演进。

最早的工具是仪器显示屏上的显示格线或栅格。在示波器发展过程中引入的第二种工具是光标或标记。

最后增加的第三种工具是测量参数。这些参数都是随着数字示波器的推出而增加的。这些工具没有随着新技术手段的出现而被取代,足以证明它们的实用性。


下面大功率直流电源电路设计工程师将逐一介绍这三种工具,帮助您了解使用它们的原因,以及如何充分利用它们。


屏幕格线

最原始的测量技术是使用屏幕上的格线和计算格数。这种方法主要用于快速估算振幅和时间测量值。显示格线或栅格是在示波器上出现的第一种测量工具。

波形的测量方法就是记录波形覆盖的栅格数量,然后乘以相应的比例系数。在 Teledyne LeCroy HDO 4104A 上,大功率直流电源电路设计工程师采集了波形,显示了五个周期的正弦波,大功率直流电源电路设计工程师可为该波形完成测量。

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正弦波轨迹在垂直方向上覆盖六格,乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系数(见通道 1 描述符方框),即可算出正弦波振幅为 300 mV(峰峰值)。同样,正弦波的周期覆盖了两个水平的栅格,时基描述符方框中的每格为 100 纳秒 (ns),因而周期为 200 ns。


计算格数的方法似乎有些原始,但它是进行基本测量的非常快捷的方法。大多数示波器用户都能适应使用这种方法,来验证所要测量波形的基本假设,并保证示波器设置正确。


光标

光标是可由用户放置的显示线,具有关联的振幅和时间读数。光标放置在轨迹上所要测量的点上。光标读数显示振幅、时间以及光标标记线之间的时差。

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可用的光标类型包括水平线、垂直线以及水平加垂直线。图中所示的光标类型为垂直线,包括由垂直光标线和箭头标记的点的水平和垂直读数。振幅读数显示在每个所示通道的轨迹描述符中。


水平读数位于时基和触发描述符方格下方。水平读数显示相对于触发点的绝对光标位置、光标之间的时差 (Dt),以及时差的倒数(频率)。


光标操作延伸到在 X-Y 显示区域上使用。除了光标正常的振幅和时间读数之外,用户还可从 X-Y 显示区域获取矢量角度(从向下箭头到向上箭头的角度)和振幅(从向上箭头到向下箭头的半径)的读数。


这些矢量读数显示在 X-Y 显示区域下方。X-Y 显示区域上的相对光标可以读取矢量差,包括误差矢量振幅 (EVM) 和相位角。


X-Y 光标的实用特性是:X-Y 显示区域上的光标位置在 X-T 和 Y-T 分量上跟踪。因此,X-Y 显示区域上的任何异常都可以即时追踪到分量轨迹上的确切点。


测量参数


测量波形的最精确方法是使用示波器提供的自动测量参数。

示波器针对显示波形的每个周期,对时序参数进行测量。这种功能称为“全实例”测量。振幅参数累加每次采集的单个值。测量表可以显示每个测量参数的最新值,或者通过参数统计,显示所有测量的历史记录。

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上图显示参数统计处于打开状态。可用参数统计包括平均值、最小值、最大值和标准差。另外还显示参数统计包括的总采集(扫描)次数。它为统计检验奠定了基础。


还可以打开直方图,以显示每个参数的测量值的分布。统计和直方图有助于大功率直流电源电路设计工程师了解参数值在多次测量中的变化。


趋势函数可让大功率直流电源电路设计工程师进一步了解测量值的变化。趋势函数可按照测量的顺序,绘制测量参数值图。垂直轴单位与测量单位相匹配,水平值是测量顺序编号。

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采集的信号为调频正弦波;信号频率逐周期测量,并在数学轨迹 F1 中绘制为趋势图。趋势图的垂直轴以赫兹 (Hz) 为单位,而水平轴则为测量顺序编号。趋势图可能有 20 至 1,000,000 个点,级数为 1-2-5。这些趋势图与源轨迹同步,但必须绘制相同的点数。


状态图标,例如统计表下方的绿色勾选标记,指示参数计算的状态,包括错误条件。如果没有足够的可用数据,则读数为空白。


这些测量可以设定门限,这样只有在用户定义的测量门限之内的数据才包括在测量中。这种功能在很多应用中是非常有用的,例如在地址和数据信号波形共享相同的信号路径的情况下,对数据总线进行分析。可以设定测量门限,使得测量只针对所需的模式进行。


脉冲测量基于标准。该标准规定,脉冲测量必须应用统计分析,以最大程度减少噪声对脉冲波形测量的影响。

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标准规定应绘制波形样本直方图。脉冲直方图将有两个峰值。较高峰值的平均值为脉冲顶部,较低峰值的平均值为脉冲底部。使用这些平均值可以消除噪声对确定脉冲振幅的影响。


因此,周期、宽度、过冲、上升时间和下降时间都可以得到更加精确的计算。

如果直方图无法显示两个不同的峰值,则示波器将通过状态图标来指示波形不是脉冲,振幅测量的依据是最大值减去最小值或峰峰值。

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