廣州市美達克數(shù)據(jù)科技有限公司
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閱讀：6245發(fā)布時間：2022-2-9
示波器正確捕獲波形后，示波器可以對波形參數(shù)進行自動測量。這些波形參數(shù)主要包括下面幾個類別：
1)電壓參數(shù)/幅度參數(shù)：幅度，峰峰值，值，最小值，過沖，有效值等
2)時間參數(shù)：上升時間/下降時間，周期/頻率，脈沖寬度，占空比，時間差，建立時間/保持時間等
3)眼圖參數(shù)：交叉百分比，占空比失真，眼高，眼寬，抖動等
4)如果示波器帶有抖動分析軟件，還可以測量抖動參數(shù)，如：時間間隔誤差，周期到周期抖動，抖動成分分解(RJ,DJ,ISI,DCD,PJ)等。
下面介紹典型的電壓參數(shù)和時間參數(shù)測量。
電壓參數(shù)和時間參數(shù)測量，都需要參考點，這是測量的關(guān)鍵點之一。在示波器里，一般稱為：Vtop和Vbase。
Vtop和Vbase的測量計算是：采用幅度統(tǒng)計方法。
示波器的工作過程是：先對整個屏幕進行幅度統(tǒng)計分析，可以得出電壓的位置和最小電壓的位置，然后對最小幅度的上面40%部分進行統(tǒng)計分析，得到的平均值，此為Vtop值;對最小幅度的下面40%部分進行統(tǒng)計分析，得到的平均值，此為Vbase值。不用統(tǒng)計分析中間的20%部分，防止被測波形是3態(tài)信號，而得出錯誤的結(jié)論。如圖1所示。
圖1 示波器Vtop和Vbase參數(shù)的測量
一旦測試出Vtop和Vbase，基于我們設(shè)置的測量門限(示波器的測量門限默認(rèn)是10%，50%，90%)，示波器可以對電壓和時間參數(shù)進行自動測量。
圖2 幅度/值/最小值/峰峰值的測量
圖3 過沖的測量
圖4 上升時間/下降時間的測量
圖5 周期/頻率/脈寬/占空比的測量
圖6 時間差/相位，建立時間和保持時間的測量
當(dāng)我們想看波形的頻譜內(nèi)容的時候，我們可以使用示波器自帶的FFT運算功能。
示波器使用FFT，不使用DFT，因為FFT具有更快的速度。
圖7 示波器FFT運算處理
示波器FFT運算是把存儲器中的N點的波形轉(zhuǎn)換到N/2點的頻譜內(nèi)容，轉(zhuǎn)換后的頻率范圍是：
0Hz到Fs/2(Fs是采樣頻率)
頻譜分辨率或兩點之間的頻譜間隔是：Fs/N
Nyquist頻率是：Fs/2
0Hz到Fs/2的頻點是-Fs/2到0Hz頻點的鏡像，示波器忽略低于0Hz的頻點，因為這些點不能提供額外的有用信息。因此，示波器里的N個采樣點的FFT變換結(jié)果是N/2個頻率點。
示波器使用2的冪次方進行FFT變換，所以使用的點數(shù)是小于等于存儲器中的點數(shù)，比如：存儲器中有1000個點，但是示波器僅僅使用前面的512個采樣點進行FF運算。
由于示波器選擇有限的點數(shù)進行FFT運算，而FFT在原理上是盡可能采用有限長度時間記錄來近似傅式變換對整個時間的積分。在隨時間不斷重復(fù)波形時，某些波形的形狀和相位可能會引入瞬變現(xiàn)象，如圖8所示。
圖8 FFT運算導(dǎo)致的頻譜泄流
解決這個問題的辦法是加窗處理。示波器常用的窗口函數(shù)是：漢寧窗口，平頂窗口，均勻窗口/矩形窗口。
漢寧(Hanning)窗口也叫Hann窗口，是數(shù)字信號處理中最普通的窗口之一。漢寧窗口的形狀如圖9所示。
圖9.4 加窗之后的頻譜
漢寧窗口引入的幅度誤差為1.5dB(16%)，這在某些應(yīng)用中可能過大。窗口的形狀總是要在幅度精度與頻率分辨力之間進行折中。與其他窗口相比，漢寧窗口有良好的頻率分辨力，但幅度精度則稍微偏低一些。
如果需要較高的幅度精度，可以使用平頂窗口，其幅度誤差為0.1dB(1%)，但是頻率分辨力較低。圖10是平頂窗口的形狀和正弦波加窗后的頻譜。
均勻窗口/矩形窗口實際上不是真正意義上的窗口，它對所有取樣都維持不變。盡管均勻窗口/矩形窗口有可能出現(xiàn)嚴(yán)重泄露問題，但是在某些情況下，時間記錄中的波形在記錄的兩端的值相同，因而消除了由FFT引入的瞬變現(xiàn)象。這樣的波形稱為自開窗口。像偽隨機噪聲、正弦波群、脈沖和衰減的正弦波這樣一些波形，全都可能是自開窗口。
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