測試工程師不可不知的七大秘訣

　眾所周知，測試工程師在現(xiàn)場作業(yè)的時候總會遇到各種各樣的問題，那么出現(xiàn)問題該如何解決或者說該如何減少一些原本可以避免的錯誤從而提升測量質(zhì)量 呢？本文根據(jù)測試工程師們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出七個寶貴經(jīng)驗(yàn)，供大家參考?？偟膩碚f，這7個經(jīng)驗(yàn)分為兩大類：盡量擴(kuò)大測量范圍和在探測中優(yōu)化信號完整性。具體細(xì)分 如下所示：

　　秘訣一： 通過計(jì)算平均值提高測量分辨率

　　在某些功率測量應(yīng)用中，您需要測量大動態(tài)范圍的值，同時還需要細(xì)致地調(diào)整分辨率，以測量參數(shù)的微小變化。除了使用高分辨率數(shù)字轉(zhuǎn)換器之外，您也可以使用其他采集方法來降低隨機(jī)噪聲，增加測量的有效動態(tài)范圍。例如求平均值和高分辨率采集。

　　求平均值要求測量的是重復(fù)信號。該算法對跨越多次采集的各時間段內(nèi)的點(diǎn)求平均值。這樣可以降低隨機(jī)噪聲，為您提供更卓越的垂直分辨率。垂直分辨率每增加一位，需要計(jì)算多少平均值？答案是每計(jì)算 4 個樣本平均值，便可將垂直分辨率增加 1 位。原理如下：

　　· 增加的位數(shù) = 0.5 log2 N

　　· N = 計(jì)算平均值的樣本數(shù)

　　· 例如，對 16 個樣本求平均值，垂直分辨率將增加：

　　· 位數(shù) = 0.5 log2 16 = 2

　　· 因此，有效的垂直分辨率為 8 + 2 = 10 位。

　　這種算法在垂直分辨率為 12 位時效果最好，因?yàn)樵倮^續(xù)增加下去，其他因數(shù)（例如示波器的垂直增益或偏置精度）將起到?jīng)Q定性作用。平均模式的優(yōu)點(diǎn)是，它對示波器的實(shí)時帶寬沒有任何限制。缺點(diǎn)是它要求使用重復(fù)性信號，并會降低波形更新速率。

秘訣二： 使用高分辨率采集提高測量分辨率

　　降低噪聲的第 2 個方法是高分辨率模式，它不需要使用重復(fù)信號。Agilent InfiniiVision 3000 X 系列等現(xiàn)代化示波器在正常采集模式下可提供 8 位垂直分辨率（與大多數(shù)其他數(shù)字化儀類似）。然而與平均模式一樣，高分辨率模式也只能達(dá)到 12 位的垂直分辨率。

　　高分辨率模式是對同一次采集的連續(xù)點(diǎn)求平均值，而不是對某個時間段內(nèi)多次采集的點(diǎn)求平均值。在高分辨率模式中，您不能像在平均模式中那樣，直接控制平均值數(shù)量。垂直分辨率位數(shù)的增加由示波器的時間/格設(shè)置決定。

　　當(dāng)在較慢時基范圍狀態(tài)下工作時，示波器會連續(xù)過濾相繼的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并將過濾結(jié)果顯示到顯示屏上。增加屏幕上數(shù)據(jù)的存儲器深度，也會同時增加進(jìn)行平均值計(jì) 算的點(diǎn)數(shù)。高分辨率模式下，掃描速度越快，在屏幕上捕獲的點(diǎn)數(shù)就越少，因此效果就越差。相反，掃描速度越慢，在屏幕上捕獲的點(diǎn)數(shù)就越多，效果也就越顯著。

　　秘訣三： 使用交流耦合，去除直流偏置

　　如果您正重點(diǎn)研究信號的紋波，可能并不關(guān)心其直流偏置。通常，紋波和噪聲與電源電壓相比是極小的。如果您使用示波器的動態(tài)范圍對這種偏置進(jìn)行定量測 量，那么在遇到更微小的信號細(xì)節(jié)時，可能無法進(jìn)行深入分析。將示波器的耦合設(shè)置為“交流”，將會從測量結(jié)果中去除直流偏置，最大限度提高測量的線性度和動 態(tài)范圍。

　　秘訣四： 使用示波器和探頭限制帶寬

　　這種降低噪聲、增加動態(tài)范圍的方法雖然簡單，但常常被忽視。電源信號內(nèi)容與示波器的標(biāo)稱帶寬相比往往低得多（kHz 至幾十 MHz 級別）。多余的帶寬不會傳輸任何信號信息，只會給測量帶來額外的噪聲。大多數(shù)示波器使用專用的硬件濾波器來解決這個問題DD通常是 20 至 25 MHz 低通濾波器。硬件濾波器與軟件濾波器相比的一個優(yōu)勢是，它不會影響示波器的更新速率。

　　另一種方法是使用探頭來限制帶寬。測量鏈的帶寬受其“最弱一環(huán)”的限制。500 MHz 示波器配備 10 MHz 探頭，其帶寬將會是 10 MHz。安捷倫提供了多種無源、有源的電流和差分探頭，總有一款探頭的帶寬會適合您的特殊測量。

秘訣五： 使用差分探頭進(jìn)行安全、精確的浮置測量

　　示波器探頭上的接地引線通過 BNC 連接器的外殼連接到機(jī)箱。出于安全考慮，示波器的機(jī)箱通過電源線的接地插頭連接到接地參考面。示波器與電源的接地方式不同，兩者之間可能產(chǎn)生沖突。許多令 人感興趣的信號是以電勢而不是以接地作為參考的（浮置）。電源設(shè)計(jì)人員采用各種方法來克服這一測量限制。

　　最常用的方法是，通過削除電源線的防護(hù)接地插頭，或在電源線路中使用隔離變壓器，使示波器“浮置”（隔離）。T這種實(shí)踐方法非常危險，因?yàn)樗锌赡茉谑静ㄆ鳈C(jī)箱上形成高電壓。此外，使用浮置示波器進(jìn)行測量，可能導(dǎo)致測量結(jié)果不精確。

　　測量浮置電源信號的另一種方法是，使用兩個單端電壓探頭，用通道 A 的測量結(jié)果減去通道 B 的測量結(jié)果，即得到浮置電源信號。使用兩個輸入通道和探頭來測量感興趣的信號節(jié)點(diǎn)。然后使用示波器上的波形數(shù)學(xué)功能，讓兩個通道上的電信號相減，得到差分信號的跡線。

　　這種方法相對安全一些，因?yàn)槭静ㄆ魇冀K保持接地。然而當(dāng)共模信號相對較小時，測量會受到一定的限制，因?yàn)榇藭r使用的兩個探頭輸入通道之間的增益失配，共模抑制比較低，大約不到 20 dB（10:1）。

　　進(jìn)行安全精確的浮置測量，最好使用差分探頭或差分放大器。差分探頭提供較高的共模制比，通常達(dá)到 80 dB 或10，000:1 甚至更高，因此您可以測量大共模信號中隱藏的小差分信號，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臏y量精度和高靈敏度。使用動態(tài)范圍和帶寬足夠滿足應(yīng)用需求的差分探頭，可進(jìn)行安全和精 確的浮置測量。

秘訣六： 避免探測耦合了輻射功率的附件

　　請務(wù)必謹(jǐn)慎使用探測附件。通用無源探頭在標(biāo)準(zhǔn)配置中通常提供 15 厘米長接地引線和掛鉤探針，這兩種附件可能會探測到電源或其他器件所產(chǎn)生的噪聲。此外，長接地連接往往會產(chǎn)生電感負(fù)載，給被測信號增加振鈴。

　　反之，較小的探針、較短的接地連接DD例如使用電路板上的 BNC 適配器或卡口式接地引線DD可以顯著減少探測到的噪聲，其原理是通過盡量減少連接的匝數(shù)，可降低電感負(fù)載。

　　秘訣七： 選擇避開示波器最靈敏設(shè)置的探頭

　　如果您測量電源的紋波和噪聲幅度，有可能要用到示波器最靈敏的或接近最靈敏的 V/格設(shè)置。這正好處于放大器安全性能范圍的邊緣。雖然測試儀器的工作可能會符合技術(shù)指標(biāo)，但是實(shí)際的測量效果也許還比不上它的“基本”性能。

　　首先，應(yīng)嘗試使用1:1 探頭，而不是使用儀器附帶的標(biāo)準(zhǔn)配置 10:1 無源探頭。若使用 10:1 探頭，不僅示波器的基線本底噪聲會以 10 倍增加，而且示波器的最小 V/格設(shè)置也會比使用 1:1 探頭時的情況大 10 倍。這會導(dǎo)致信噪比降低，測量的動態(tài)范圍縮小。使用衰減較小的探頭，只要測量的信號不超過示波器的最大輸入電壓，那么就可以獲得出色的信號完整性。