力科示波器集成了非常豐富的測量分析功能，工程師常用的只是其中的一部分，實(shí)際上，示波器具有的功能遠(yuǎn)不止這些，本文總結(jié)了10個(gè)可能令你感到驚奇的示波器應(yīng)用，其中任何一個(gè)應(yīng)用你都會(huì)發(fā)現(xiàn)非常有用。
1、使用示波器的快速邊沿信號(hào)和函數(shù)運(yùn)算功能測試頻率響應(yīng)
頻率響應(yīng)測量需要具有平坦頻譜的信號(hào)源，可將示波器的快沿信號(hào)用作階躍信號(hào)源，再利用示波器的導(dǎo)數(shù)運(yùn)算就可以得到待測設(shè)備的脈沖響應(yīng)。然后運(yùn)用快速傅里葉變換(FFT)功能就可以獲得頻率響應(yīng)。下圖顯示了獲得輸入信號(hào)和37MHz低通濾波器的頻率響應(yīng)的過程步驟。
先將快速邊沿測試信號(hào)應(yīng)用于濾波器的輸入端(左上)，然后對(duì)濾波器輸出(右上曲線)進(jìn)行求導(dǎo)(右中)，最后做FFT(右下)，就可以得到濾波器的頻率響應(yīng)。左下邊曲線中的頻譜展示了的輸入階躍信號(hào)的平坦的頻率響應(yīng)?？焖龠呇匦盘?hào)的上升時(shí)間約為800ps， 帶寬約為400MHz，比這次測量的100MHz范圍大得多。
2、使用示波器低通數(shù)字濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行高通濾波
如果你的示波器能夠利用諸如增強(qiáng)分辨率(ERES)數(shù)學(xué)函數(shù)等功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，那么你就能對(duì)同樣的信號(hào)進(jìn)行高通濾波。注意，只有你能訪問數(shù)字低通濾波器的輸入和輸出端時(shí)這個(gè)功能才能實(shí)現(xiàn)，下圖顯示了具體實(shí)現(xiàn)過程，從輸入信號(hào)(C1，頂部曲線)中減去低通濾波后的波形(中間F1曲線)，最后形成的信號(hào)就是經(jīng)過高通濾波后的信號(hào)，它的頻譜曲線如F2(底部曲線)所示。
輸入信號(hào)C1是一個(gè)窄脈沖信號(hào)，函數(shù)曲線F1(中心曲線)是使用示波器ERES數(shù)字濾波器對(duì)C1信號(hào)進(jìn)行濾波。從輸入信號(hào)中減去濾波器曲線后形成的信號(hào)就只有較高的頻率分量。
函數(shù)F2執(zhí)行減法操作，同時(shí)完成高通信號(hào)的FFT，因此你能看到高通特性。低通響應(yīng)跌至最大響應(yīng)的0.293處的頻率就是高通濾波器的-3dB點(diǎn)。
3、使用排它型觸發(fā)器來尋找間歇性事件
智能觸發(fā)器可以根據(jù)寬度、周期或占空比等波形特征進(jìn)行觸發(fā)，還能根據(jù)事件處于范圍之內(nèi)或范圍之外進(jìn)行觸發(fā)，這種觸發(fā)器就是排它型觸發(fā)器。它可以用來只對(duì)異常事件進(jìn)行觸發(fā)，如下圖所示。
在這個(gè)例子中，示波器被設(shè)置為只對(duì)寬度超過48±0.8ns的脈沖進(jìn)行觸發(fā)，在遇到寬度為52.6ns的大脈沖發(fā)生之前，觸發(fā)器是不會(huì)觸發(fā)的。因?yàn)槭静ㄆ髦粚?duì)寬度超過標(biāo)稱值48ns的脈沖進(jìn)行觸發(fā)，因此不存在刷新速率的問題。平時(shí)它就處于"等待"狀態(tài)，直到異常脈沖出現(xiàn)。
4、利用趨勢功能和觸發(fā)釋抑作為自定時(shí)數(shù)據(jù)記錄器趨勢圖是按采集順序顯示的被測參數(shù)值，下圖就是這樣一個(gè)例子，采用靈敏度為39μV/℃的熱探頭測量振蕩器的內(nèi)部溫度，與此同時(shí)，采集振蕩器輸出信號(hào)的頻率。每個(gè)趨勢圖中的100次測量都是經(jīng)過100次采集得到的。觸發(fā)源是振蕩器的輸出，
正常情況下，示波器會(huì)以其標(biāo)稱刷新率進(jìn)行觸發(fā)。為了防止發(fā)生這種現(xiàn)象，并且在兩次測量之間設(shè)置已知的延時(shí)，可以使用觸發(fā)抑制功能。使用觸發(fā)釋抑功能可以將兩次采集之間的時(shí)間設(shè)為10秒，因此總的測量間隔是1000秒。再用重定時(shí)函數(shù)將溫度傳感器的電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換為攝氏度。在1000秒時(shí)間內(nèi)采集到的內(nèi)部溫度(曲線F2)和振蕩器輸出頻率(曲線F1)的趨勢圖，它反映了振蕩器的熱響應(yīng)特性。
5、解調(diào)幅度調(diào)制信號(hào)
幅度調(diào)制(調(diào)幅)信號(hào)的包絡(luò)檢測方法需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行峰值檢測，峰值檢測可以通過整合絕對(duì)值函數(shù)和力科示波器中稱為增強(qiáng)分辨率(ERES)的數(shù)字低通濾波器來實(shí)現(xiàn)。這使得準(zhǔn)確提取調(diào)制包絡(luò)的形狀變得容易。
下圖顯示了一個(gè)這樣的實(shí)例，左上邊的曲線是采集到的調(diào)幅信號(hào)，左下邊的曲線是應(yīng)用絕對(duì)值函數(shù)后的，絕對(duì)值提供全波整流效果。從調(diào)幅信號(hào)中提取調(diào)制包絡(luò)的步驟，絕對(duì)值函數(shù)用于"檢測"信號(hào)，ERES濾波可以消除高頻載波，從而產(chǎn)生干凈的調(diào)制包絡(luò)。
稀疏函數(shù)和ERES函數(shù)組合用于對(duì)絕對(duì)值函數(shù)處理后的波形進(jìn)行低通濾波，形成如右上邊曲線所示的調(diào)制包絡(luò)。
稀疏函數(shù)能夠有選擇地降低采集波形的采樣率，用于幫助設(shè)置作為采樣率函數(shù)的 ERES 低通濾波器的截止頻率，低通濾波器的截止頻率必須遠(yuǎn)小于載波頻率。
右下方柵格中的曲線是輸入 AM 調(diào)制信號(hào)和提取的包絡(luò)的疊加顯示，接下來就可以直接對(duì)提取出的包絡(luò)進(jìn)行測量和進(jìn)一步分析。
6、檢測頻率、相位和脈寬調(diào)制的信號(hào)
力科示波器提供追蹤功能，可以根據(jù)被測參數(shù)的逐周期變化產(chǎn)生波形。追蹤函數(shù)在時(shí)間上與源波形是同步的，因此很容易將頻率、寬度或相位的變化與源波形關(guān)聯(lián)在一起。這樣就提供了解調(diào)調(diào)頻(FM)、調(diào)相(PM)或脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)的一種方法。
下圖顯示了使用時(shí)間間隔誤差(TIE)參數(shù)的追蹤圖解調(diào)調(diào)相(PM)波形的實(shí)例。使用TIE參數(shù)追蹤圖可以繪制出PM波形每個(gè)周期的瞬時(shí)相位與時(shí)間的關(guān)系圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)。
TIE 是波形上的閾值交叉點(diǎn)與該閾值交叉點(diǎn)的理想位置之間的時(shí)間差。它本質(zhì)上是信號(hào)的瞬時(shí)相位。因此TIE的追蹤圖顯示了載波相位的周期性變化，生成的波形顯示了在時(shí)間上與原始調(diào)制載波同步的相位變化。
圖中的垂直刻度是時(shí)間單位，通過簡單的調(diào)整操作很容易轉(zhuǎn)換為相位。類似的，頻率參數(shù)追蹤圖可以顯示調(diào)頻載波的調(diào)制信號(hào)，脈沖寬度追蹤圖可以解調(diào)PWM。
7、向示波器的快速傅里葉變換增加"最大值保持"功能
頻譜分析儀提供的峰值或''最大值''保持功能在掃頻測量時(shí)非常有用，大多數(shù)示波器標(biāo)配的FFT沒有提供這個(gè)功能，需要額外的選件才有這個(gè)功能，但示波器提供最高或最大函數(shù)，與FFT結(jié)合起來就可以保持FFT中每個(gè)頻率點(diǎn)發(fā)生的最大幅度，下圖是實(shí)現(xiàn)的方式。
紅色曲線F2(中心)顯示了FFT中的每個(gè)頻率的峰值或最大值。曲線F1(底部)是未應(yīng)用最高或最大值函數(shù)的FFT原始頻譜。F2描述符顯示了最高函數(shù)的設(shè)置。曲線F2中顯示的最高(或最大)函數(shù)將保持FFT中每個(gè)頻率點(diǎn)的峰值幅度，因此允許用戶看到每個(gè)頻點(diǎn)的最大響應(yīng)。
偶爾你可能需要對(duì)捕獲波形的一小部分執(zhí)行FFT，這種情況通常發(fā)生在有問題的波形隨時(shí)間一直在變化時(shí)。力科示波器允許你通過FFT控制中的選通功能或在縮放波形上計(jì)算FFT。記住，不管是哪種情況，F(xiàn)FT分辨率帶寬都將被確定為選通信號(hào)持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)。由于選通部分比整個(gè)波形要短，分辨率帶寬將增加，F(xiàn)FT頻率分辨率將降低。
下圖顯示了對(duì)一個(gè)線性正弦掃描波形進(jìn)行選通式FFT分析的例子。正弦波的頻率在10ms時(shí)間內(nèi)從1MHz變化到80MHz(左上邊的曲線M1)。在437μs和1.42ms點(diǎn)選擇了兩個(gè)持續(xù)時(shí)間為5μs的縮放波形(左中是曲線Z1，左下是Z2)。
整個(gè)波形的FFT(右上的F1)顯示在整個(gè)掃描范圍內(nèi)具有統(tǒng)一的幅度。Z1和Z2的FFT顯示了掃描過程中在所選時(shí)點(diǎn)的頻率，在437μs和1.42ms處采集的兩個(gè)5μs縮放波形顯示了作為時(shí)間函數(shù)的頻率的差別。
示波器一般都提供多種工具捕獲串行數(shù)據(jù)碼型，可選的串行觸發(fā)和解碼功能可以對(duì)特定標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。力科示波器提供另一種串行碼型捕獲技術(shù)是WaveScan搜索功能。這種數(shù)據(jù)搜索引擎是力科示波器的標(biāo)配功能，下圖顯示了使用WaveScan捕捉串行碼型的實(shí)例。
串行碼型搜索模式將搜索以二進(jìn)制或16進(jìn)制輸入的2位至64位長度的碼型，除了串行碼型外，用戶還必須輸入串行數(shù)據(jù)的速率，這些參數(shù)包含在“NRZ-to-Digital"標(biāo)簽內(nèi)，用于串行碼型識(shí)別的物理參數(shù)設(shè)置中，除了數(shù)據(jù)速率，還有斜率和數(shù)據(jù)的邏輯閾值。
當(dāng)檢測到所選的碼型時(shí)，WaveScan的7個(gè)動(dòng)作中任何一個(gè)都可以被觸發(fā)。上面實(shí)例所選的動(dòng)作是：停止采集。
全部實(shí)例測量是力科示波器對(duì)采集波形的每個(gè)周期進(jìn)行時(shí)序測量的能力。如果你測量每個(gè)周期，你可以顯示追蹤圖，顯示被測參數(shù)隨時(shí)間的變化，而該變化與采集信號(hào)是同步的。
采集信號(hào)是一個(gè)具有781個(gè)周期的4MHz正弦波。從上升時(shí)間參數(shù)(P1)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，我們可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)周期都做了一次測量，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。打開上升時(shí)間追蹤圖F1，我們可以在波形中間附近看到一個(gè)峰值。追蹤圖顯示了每個(gè)周期的測量值隨時(shí)間變化。它在時(shí)間上與C1中所采集的波形是同步的。
將縮放軌跡Z1和Z2分別用作C1和F1的縮放圖，同時(shí)應(yīng)用多次縮放功能進(jìn)行水平跟蹤，我們可以擴(kuò)展它們尋找到對(duì)應(yīng)于最大上升時(shí)間值的特定周期。
這是全部實(shí)例測量的優(yōu)勢。你可以見到以單個(gè)周期為基礎(chǔ)的波形時(shí)序變化。這種技術(shù)可以代替WaveScan搜索功能尋找我們的優(yōu)勢：力科、是德、泰克、日置、海思、固緯、安柏、艾德克斯、普源、同惠、艾諾等
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