示波器捕獲信號的基本原則及基本操作步驟

下面我們按示波器捕獲波形的操作步驟來強(qiáng)調(diào)上面的四個(gè)基本原則。 很多時(shí)候我們打開示波器看到屏幕上顯示的波形和測量參數(shù)很多，譬如圖三所示。這時(shí)候我建議的第一個(gè)操作步驟是，恢復(fù)出廠設(shè)置將之前的設(shè)置都清楚掉。 清除掉再開始從頭設(shè)置反而效率更高?；謴?fù)出廠設(shè)置的菜單在File下的Recall Default按鈕，如圖四所示。在進(jìn)行這一



圖三 多波形多參數(shù)的顯示屏幕

圖四 恢復(fù)出廠默認(rèn)設(shè)置

操作之后，如果示波器的第一和第二通道沒有接任何探頭，屏幕上看到的是兩條零電平的線，圖四中的C2沒有接探頭，顯示的就是一條零線。 這個(gè)操作之后，如果沒有看到這兩條線，這說明示波器的通道工作不正常了，這也是判斷示波器好壞的一個(gè)方法。 第二個(gè)操作步驟是接上探頭，選擇示波器的通道。 有時(shí)侯接上探頭之后應(yīng)做探頭的校準(zhǔn)和通道之間延時(shí)的校準(zhǔn)，但在非嚴(yán)格的測量中有時(shí)侯忽略了這個(gè)步驟。本文的圖例中，我的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是一個(gè)力科的DEMO板通過BNC線接到通道1，所以需要將通道2關(guān)掉。選擇通道通過按示波器面板上標(biāo)識(shí)為1,2,3,4的按鈕就可以了。 第三個(gè)步驟是設(shè)置示波器的垂直通道。垂直通道設(shè)置的第一步是選擇耦合方式。低帶寬的示波器通常有四種耦合方式，DC 50Ω，DC 1MΩ，AC 1MΩ,Ground。 本例中因?yàn)槭墙覤NC線，需要將耦合方式設(shè)置為DC 50Ω，如圖五所示。 垂直通道設(shè)置的第二步是調(diào)節(jié)垂直偏置和垂直靈敏度，盡量使波形占滿屏幕，使得量化誤差最小。這是捕獲信號的第一個(gè)基本原則。調(diào)節(jié)垂直偏置和垂直靈敏度雖然可以通過一次菜單來設(shè)置，但也可以通過面板來快捷操作。如圖六所示，上面的四個(gè)旋鈕為調(diào)節(jié)垂直偏置，改變波形在屏幕中的位置,垂直按該旋鈕可以使offset自動(dòng)歸零。 下面的四個(gè)旋鈕來改變量程。 為使波形占滿屏幕7.5柵格以上，有時(shí)需要微調(diào)旋鈕，選中垂直通道設(shè)置菜單中的Variable Gain就可以微調(diào)。力科的第四代示波器按這個(gè)旋鈕就可以直接微調(diào)了。圖七顯示了在不同量程下，測試同樣信號的峰-峰值的結(jié)果對比。在200mV/div量程下的結(jié)果為608.81mV（平均值），在80mV/div量程下為569.67mV。在關(guān)于幅值相關(guān)的測試規(guī)范中應(yīng)定義好在多大的量程下進(jìn)行測試。否則，測試結(jié)果沒有可比性。垂直通道設(shè)置菜單中的其它各項(xiàng)的含義也都一目了然，不再一一介紹了。在完成垂直設(shè)置之后，進(jìn)行第四個(gè)操作步驟，調(diào)節(jié)時(shí)基。調(diào)節(jié)時(shí)基時(shí)要注意兩點(diǎn)，第一是時(shí)刻警惕采樣率。第二是至少捕獲感興趣的一個(gè)周期的低頻成份，使能看到信號的全貌。時(shí)基可以通過圖八所示的面板調(diào)節(jié)，在示波器的出廠默認(rèn)設(shè)置下，存儲(chǔ)深度是固定在100KS的，向左調(diào)節(jié)旋鈕捕獲時(shí)間越長時(shí)，采樣率越低，這時(shí)候按面板上的局部放大鍵并使放大后的波形展開能看清楚上升沿的細(xì)節(jié)，通過觀察上升沿上有沒有五個(gè)以上的采樣點(diǎn)來判斷信號有沒有失真。圖九所示的信號捕獲時(shí)間為500us，當(dāng)前實(shí)時(shí)采樣率為200MS/s，這兩個(gè)數(shù)字相乘的結(jié)果是100KS，這時(shí)候上升沿才兩個(gè)點(diǎn)，信號已嚴(yán)重欠采樣，波形嚴(yán)重失真。對于力科WaveRunner系列以上的示波器，可以設(shè)置固定采樣率,這樣在知道被測信號的特點(diǎn)之后先固定在一個(gè)過采樣的采樣率，再調(diào)節(jié)采樣時(shí)基，只會(huì)改變捕獲的時(shí)間，信號不會(huì)失真。對于圖九所示的信號，如果捕獲的時(shí)間太短甚至觀察不到有欠幅，所以要捕獲較長的時(shí)間才發(fā)現(xiàn)問題所在。而對于圖十的上面的圖示信號，雖然捕獲的時(shí)間已達(dá)到5ms，看到的波形讓我們以為是隔1.5ms有一段脈沖信號，但其實(shí)在捕獲20ms之后，我們才看清楚了這信號的真正特點(diǎn)。 這時(shí)候采樣率被降到1GS/s，其實(shí)波形已經(jīng)有點(diǎn)失真。這說明需要更長的存儲(chǔ)深度的好處。



圖五 垂直通道設(shè)置菜單