示波器如何處理有噪聲的信號(hào)?
噪聲可能來自無窮無盡的來源,包括設(shè)計(jì)內(nèi)部來源或外部來源,噪聲會(huì)擋住感興趣的信號(hào)。您可能在測量低壓(mV)信號(hào)方面正碰到麻煩,如在雷達(dá)傳輸或心臟監(jiān)測儀中。噪聲會(huì)使您很難找到信號(hào)的實(shí)際電壓,可能會(huì)提高抖動(dòng),很難進(jìn)行定時(shí)測量。您可能需要干凈的沒有噪聲的軌跡,把重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)中預(yù)計(jì)的信號(hào)上。干凈的軌跡可以用于報(bào)告和文檔,清楚地顯示設(shè)計(jì)運(yùn)行情況。
您的示波器提供了相應(yīng)的功能和工具,幫助您處理噪聲。本應(yīng)用指南將回顧常用的示波器功能,以在測量過程中降低噪聲,包括只有泰克MSO2000 和DPO2000系列示波器上才提供的創(chuàng)新工具。通過FilterVuTM 可變低通濾波器,您可以從信號(hào)中濾掉不想要的噪聲,同時(shí)仍直到示波器的全部帶寬,捕獲意想不到的毛刺,使您把重點(diǎn)放在感興趣的信號(hào)上,而不會(huì)漏掉關(guān)鍵的高頻事件。
使用示波器測量有噪聲的信號(hào)
要求穩(wěn)定觸發(fā)
在分析信號(hào)前,您需要穩(wěn)定的顯示,如果信號(hào)有噪聲,穩(wěn)定的顯示可能是一個(gè)問題,進(jìn)而很難創(chuàng)建穩(wěn)定觸發(fā)。大多數(shù)示波器擁有多種功能,幫助您解決這個(gè)問題。
通常情況下,創(chuàng)建穩(wěn)定觸發(fā)的第一步是測試哪種觸發(fā)耦合模式效果最好。泰克許多示波器提供了高頻(HF)抑制、低頻(LF)抑制和噪聲抑制觸發(fā)耦合選項(xiàng),每種選項(xiàng)都可以用來為信號(hào)創(chuàng)建穩(wěn)定觸發(fā)。
HF Reject 在觸發(fā)路徑上執(zhí)行低通濾波,力圖忽略任何高頻不穩(wěn)定性或噪聲。LF Reject 在觸發(fā)路徑上執(zhí)行高通濾波,力圖防止低頻信號(hào)產(chǎn)生噪聲。Noise Reject提高要求的觸發(fā)粘滯值,防止隨機(jī)噪聲導(dǎo)致觸發(fā)??赡芎茈y預(yù)測這些模式怎樣影響您的特定信號(hào),在必要時(shí)逐個(gè)試試,以保持穩(wěn)定觸發(fā)。
大多數(shù)示波器中的觸發(fā)系統(tǒng)還提供觸發(fā)釋抑控制。這種控制只允許在用戶指定的延遲定時(shí)器之后觸發(fā)。如果信號(hào)是重復(fù)的,試著調(diào)節(jié)觸發(fā)釋抑,忽略某些假觸發(fā)。
如果觸發(fā)仍不穩(wěn)定,大多數(shù)示波器提供了一個(gè)帶寬限制濾波器,使信號(hào)傳送通過低通濾波器。低通濾波器一般只提供幾種頻率設(shè)置,通常不低于20MHz。對(duì)許多應(yīng)用來說,如調(diào)試電源問題,這種設(shè)置可能不夠低。試試不同的帶寬設(shè)置,直到實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定觸發(fā)。
降低顯示的信號(hào)上的噪聲
一旦獲得穩(wěn)定觸發(fā),可以進(jìn)一步在示波器上調(diào)節(jié)噪聲顯示。有多種工具可以完成這一點(diǎn):帶寬限制濾波器(如前所述)、平均采集模式、HiRes 采集模式和FilterVu 低通濾波器,F(xiàn)ilterVu 低通濾波器是泰克MSO/DPO2000 系列示波器上提供的一種新功能。
帶寬限制濾波器
帶寬極限濾波器把示波器的帶寬降低到選擇的頻率。也就是說,高于選定頻率的頻率將從觸發(fā)路徑及采集和顯示路徑中衰減或完全去掉。帶寬限制濾波器不僅可以用來保持穩(wěn)定觸發(fā),還可以用來降低示波器上顯示的噪聲數(shù)量。
使用帶寬限制濾波器是降低示波器中噪聲的最簡單的方式之一,如果所有不想要的噪聲頻率都高于固定截止頻率,那么特別適合使用帶寬限制濾波器。但是,它也會(huì)去掉可能發(fā)生的任何高速毛刺。
示波器提供的帶寬限制設(shè)置一般非常有限,標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)包括250MHz和20MHz。
平均采集模式
平均采集模式進(jìn)行若干個(gè)完整的采集,逐點(diǎn)進(jìn)行平均,獲得采集中每個(gè)時(shí)間樣點(diǎn)的平均電壓。用戶可以調(diào)節(jié)平均包括的采集數(shù)量。噪聲在采集之間一般是隨機(jī)的,有時(shí)上升,有時(shí)下降。這些隨機(jī)變化在數(shù)量足夠多的采集中平均時(shí),它們將抵消,在屏幕上產(chǎn)生穩(wěn)定的信號(hào)。為利用平均采集模式,您的波形必須是重復(fù)的。不重復(fù)的波形或單次事件不能平均。
平均采集模式會(huì)降低各類不相關(guān)的信號(hào)和隨機(jī)噪聲,即使頻率非常低。此外,它適用于所有示波器時(shí)間/ 格設(shè)置。
由于必須采集多個(gè)波形,才能創(chuàng)建一個(gè)平均后的波形,因此在輸入信號(hào)變化或前面板旋鈕變化時(shí),顯示畫面更新速度可能會(huì)很慢。這意味著可能會(huì)漏掉偶發(fā)的毛刺。
在某些應(yīng)用中,平均采集模式要優(yōu)于帶寬限制濾波器,因?yàn)榭梢允褂檬静ㄆ鞯娜繋?,捕獲高頻重復(fù)事件。
降低噪聲:帶寬限制濾波器和平均采集模式
默認(rèn)采集和小的電壓正弦波顯示畫面。注意信號(hào)的噪聲為30mV。
帶寬限制濾波器設(shè)為20 MHz。注意噪聲數(shù)量已經(jīng)大大減少。這表明部分噪聲量大于20 MHz,但仍有部分頻率較低的噪聲。
平均32 次的平均采集模式。注意正弦波非常干凈,幾乎沒有噪聲。平均可以去掉所有頻率的隨機(jī)噪聲。
HiRes 采集模式
某些示波器包括HiRes 采集模式,這種模式與平均采集模式類似,因?yàn)樗褂闷骄肼?。HiRes 在每個(gè)采集上執(zhí)行矩形波串平均,平均采集的一個(gè)波形內(nèi)的多個(gè)相鄰樣點(diǎn),產(chǎn)生一個(gè)平均后的樣點(diǎn)。這會(huì)降低高頻噪聲,因?yàn)槠骄梢缘窒肼曇鸬碾妷焊咚僮兓?。它還降低采樣率,因?yàn)樗讯鄠€(gè)樣點(diǎn)轉(zhuǎn)換成一個(gè)樣點(diǎn)。因此,HiRes 采集模式只適用于較慢的時(shí)間/ 格設(shè)置,在這種情況下,示波器仍有足夠的采樣率表示被測信號(hào)。
與平均采集模式不同,HiRes 采集模式可以用于不重復(fù)的波形和單次波形上。此外,由于只需采集一個(gè)波形,HiRes 采集模式在輸入或前面板設(shè)置變化后顯示更新速度要快得多。把時(shí)間上相鄰的多個(gè)樣點(diǎn)結(jié)合在一起,還減少了在較低時(shí)間/格設(shè)置上產(chǎn)生假信號(hào)的機(jī)會(huì)。
由于HiRes采集模式是低通濾波的一種,您可能會(huì)漏掉信號(hào)上的高速毛刺。HiRes 采集模式將使部分高頻噪聲通過,可能會(huì)使信號(hào)形狀和邊沿位置模糊。一般不會(huì)指明HiRes 采集模式中去掉哪些頻率。
HiRes采集模式可能會(huì)從顯示中減少部分有假信號(hào)的頻率;由于HiRes 低通濾波器的頻率選擇度差,可能仍會(huì)存在部分有假信號(hào)的頻率。
降低噪聲:平均采集模式和HiRes 采集模式
DSP 濾波器
某些示波器提供了后處理DSP 濾波器,從信號(hào)中去掉某些頻率的噪聲??梢匀婵刂茷V波頻率。盡管這些濾波器可能會(huì)很靈活,但它們通常會(huì)很慢,只適合單次或更新速率較低的顯示。它們可能會(huì)在您不知道的情況下,濾掉感興趣的重要毛刺或異常事件。
評(píng)論