从前的文章介绍了扩展中档数字存储示波器(DSO)根本功用的十个技巧(详见:扩展示波器用处的十大技巧),本文将介绍别的十个技巧,它们可以协助你节省时刻,并使你成为公司的DSO专家。你可以点击下面的链接直接检查某个详细技巧。
解调PWM信号
脉宽调制(PWM)被广泛运用于开关电源和电机操控器。剖析操控环路的动态状况要求调查脉冲宽度随时刻的改变。假如你的示波器具有电源剖析选件包,那么你就能直接运用这个功用。假如你的示波器没有这方面的装备,你可以运用示波器的盯梢(某些示波器中的时刻盯梢)功用解调出PWM操控信号。
首要,保证你的示波器包括一切实例丈量。也便是说,假如你丈量波形的宽度,示波器将丈量屏幕上呈现的波形的每个周期。示波器还应该包括依据丈量到的参数发生波形的盯梢功用。宽度或参数的盯梢可以显现每个周期脉宽随时刻的改变,而且与源轨道同步。因而宽度盯梢是解调PWM信号的抱负东西。盯梢功用可以从参数或数学设置中拜访。
图1显现了作为负载电流阶跃改变(轨道C2,从上数第3个)呼应的PWM操控器输出(轨道C1,顶部轨道)的盯梢轨道F1,即展现 参数与时刻联系的(底部轨道)。缩放轨道Z1(从上数第2个)是水平方向扩大了的随负载改变的操控器输出,展现了脉宽的改变。
参数可以像图1中那样运用于盯梢功用,其间参数P2到P4别离从盯梢波形中读取最大、最小、均匀和终究一个脉冲宽度。
创立用于评价磁性器材的磁滞图
用于电感或变压器等电磁元件的磁滞或B/H曲线是一种常见的电源丈量项目。磁性材料可以经过制作作为磁场强度(H)函数的磁通密度(B)进行表征。这个功用有时在示波器的电源剖析选件中供给。这种图也很简略在带X-Y显现器的任何示波器上创立。图2显现了怎么衔接电感和信号发生器发生B/H曲线。
H是磁场强度,单位为安培/米
B是磁通密度,单位特斯拉
A是横截面积,单位平方米
n是匝数
l是均匀途径长度,单位米
v(t)是电感上的电压,单位伏特
i(t)是流过电感的电流,单位安培
需求留意的是,为了确认磁通密度,有必要对电压波形求积分。
假如需求的话,你可以运用重定标数学函数对磁场强度和磁通密度进行调整。这要求把握待测器材的物理特性常识,如上面公式中规则的那样。
图3显现了这种电压与电流经积分后的B/H曲线在示波器屏幕上显现的成果。从待测器材施加的电压用数学轨道F1进行积分,并在数学轨道F2中作了从头定标,终究在X-Y显现器的笔直轴上读取单位为特斯拉的磁通密度。电流波形在数学轨道F3中得到从头定标,并运用于水平轴。
将波形数据重定标为适宜的单位
在前一章节中,咱们有必要将电压波形的积分转换为磁通密度。这要求将波形除以一个常数(匝数与横截面的乘积)。别的,正确的单位应该是特斯拉。这些操作可以运用示波器的重定标数学函数来完结。重定标答运用户将波形乘上一个常数,然后再添加一个常数,而且可以经过装备用用户挑选的单位掩盖原有单位(本例中是伏特)。本例中运用的示波器供给48种规范电气单位,包括特斯拉。
图4显现了数学轨道F2的重定标设置。咱们需求将电压波形的积分除以20×10-6,但由于重定标函数只供给与常数的相乘,由于咱们需求运用倒数或50×103。掩盖单位复选框打上勾后会供给一个单位输入域,咱们在此输入代表特斯拉的T。这样将波形中的每个点乘以想要的常数就可以完成积分输出(数学轨道F1)的重定标。F2数学轨道的笔直坐标现在的读取单位便是特斯拉了。相同,数学轨道F3用于将丈量得到的电流重定标为磁场强度。
创立带通滤波器
你从前有过用带通滤波器将方针信号与相邻通道搅扰阻隔开来的需求吗?大多数中档示波器都包括有增强分辨率(ERES)数学函数方式的低通滤波器,但没有带通滤波器,除非你有数字滤波器选件。你可以运用一些技巧将ERES低通滤波器转换成带通滤波器。图5显现了这一技巧。
左上角的轨道C1是一种窄脉冲输入信号。设置好的数学函数F1用于对通道1的输入进行低通滤波。在这个事例中,ERES滤波器是16MHz的低通滤波器。轨道F1(左面中心)显现了滤波器对时域信号的影响。在数学函数F2中,从输入中减去F1中低通滤波器的输出,然后去除低频内容,得到高通呼应。F2中的第2次数学操作是别的一个截止频率为58MHz的ERES低通滤波器。成果便是轨道F2(左下)中的带通呼应。
轨道F3(右上)显现了输入快速傅里叶变换(FFT)的频谱。F4(右中)是低通滤波往后的输入频谱。轨道F5(右下)是带通滤波操作的频谱。对这些滤波器的操控受ERES函数中滤波器挑选的约束。示波器中供给的数字滤波器选件包可以供给更大的灵活性,但这种小技巧在规范装备的示波器中都可以运用。
捕捉串行数据图画
示波器一般都有几种东西捕捉串行数据图画。可选的串行触发器和解码功用可以依据规则的串行规范对数据进行操作。别的一种串行图画捕捉技能是运用事例所用示波器中被称为WaveScan的示波器查找功用。这种数据查找引擎包括在一切这家供货商的中档示波器中,其它制造商也供给相似的功用。图6显现了运用WaveScan捕捉串行图画的比如。
串行图画查找方式将依据输入的二进制或16进制长度值查找从2位至64位的图画。除了串行图画外,用户还有必要输入串行位速率。这些参数包括在“NRZ-to-Digital”卡片内用于串行图画辨认的物理参数设置中,除了数据位速率,还有斜率和数据的逻辑阈值。
当检测到所选的图画时,WaveScan的7个动作中任何一个都可以被触发。图6所示比如现已中止了收集。
发现信号反常
悉数实例丈量是示波器根据收集波形每个周期进行时序丈量的才干。假如你丈量每个周期,你可以显现盯梢图,用于展现被测参数随时刻的改变,而该改变与收集的信号输入是彻底同步的。图7包括这一功用的比如。
收集信号是一个具有781个周期的4MHz正弦波。从上升时刻参数(P1)统计数据看,咱们可以发现每个周期要做一次丈量,因而共有781个值。上升时刻的均匀值是2.88ns。最小值是挨近均匀值的2.8ns,但最大值是27ns。翻开上升时刻盯梢曲线数学轨道F1,咱们可以在轨道中心邻近看到一个峰值。盯梢图显现了随时刻改变的每个周期丈量值。它在时刻上与轨道C1中所收集的波形是同步的。盯梢到的上升时刻最大值是27ns。其方位与具有缓慢上升时刻的周期在时刻上是同步的。
将缩放轨道Z1和Z2别离用作C1和F1的缩放图,一同运用屡次缩放功用进行水平盯梢,咱们可以扩展它们寻觅到对应于最大周期值的单个周期。
这是悉数实例丈量的优势。你可以见到以单个周期为根底的波形时序改变。这种技能可以替代运用WaveScan查找功用寻觅具有缓慢上升时刻的这种脉冲。噪声丈量东西
随机进程很难表征,由于没有哪次丈量可以供给有关前次或下次丈量的任何信息。只要经过调查累积丈量成果才干了解到你正在研讨的进程。图8显现了用于丈量噪声等随机进程的根本东西。左上方的轨道是通道1输入信号的起伏时刻图。左下方的轨道是功率谱密度图,显现的是噪声功率的频率散布状况。右边的轨道是单次噪声电压丈量的柱状图。这个柱状图显现了单次丈量的幅值散布状况。这些剖析功用与丈量参数一同为噪声丈量供给了完好的东西集。
你可以经过运用丈量参数了解随机噪声信号的特征。用于噪声丈量的最有含义的参数是波形的均匀值(P1)、规范偏差(P2)和峰峰值(P3)。在这些丈量参数中,也被称为沟通均方根值的规范偏差或许是最有用的,由于它描绘了波形的有用值。
频域中最常见的噪声丈量是功率谱密度(PSD)。PSD的丈量单位通常是V2/Hz,代表了单位带宽的功率巨细。由于噪声一般在频谱上是翻开的,因而一个频段或必定规模频率内的噪声功率可以经过在该规模频率内对PSD积分来确认。
柱状图为用户供给了待测进程的概率密度函数的估量。这个数据可以用柱状图参数来解说。图8显现了三个柱状图参数,即柱状图均匀值(P5中的hmean)、柱状图规范偏差(P6中的hsdev)和规模(P7)。这些是柱状图散布的均值、规范偏差和规模。这三张图可以快速表征噪声。
三相功率丈量
用于丈量三相电路功率的双功率计办法可以用四通道示波器来完成。三线三相负载的功耗可以用一个四通道示波器来确认,办法是丈量两个相位电流和两个线路电压。举例来说,调查图9所示原理图,三相电机耗费的总功率可以经过丈量Vac、Vbc、Ia,和Ib加以确认:
线路电压Vac(t) 和Vbc(t)是用高压差分探头丈量的。相位电流Ia 和Ib是用电流探头丈量的。这种功率丈量要求运用带4个输入通道的示波器。图10描绘了这种技能。
有用功率的两个重量别离是425.6W和425.8W。这两个重量的和——或851.4W(运用P3中参数数学公式核算)——是电机耗费的总有用功率。
波形轨道滑润
数字示波器是采样型数据仪器。它们运用了闻名的采样理论——假如以大于某波形所含最高频率两倍的速率对该波形进行采样,那么就可以在不丢掉信息的条件下重建这个波形。这个采样进程的成果是,数字示波器中的波形轨道由许多数据点组成,如图11所示。
这是一个彻底正确的波形,但了解起来有点难度。以某种接连方式调查这些波形的最简略办法是用线将这些点连起来。这种办法被称为线性插值法,图中上方的轨道显现了一个比如。当屏幕上采样点很少时,这个比如只要50个点,线性插值法经常呈现不接连性。一种解决方案是添加采样点数。假如数据是按采样理论进行采样的,那么就可以运用比如sin(x)/x等插值函数添加采样点数。从上往下数第二条轨道显现了运用sin(x)/x插值函数的成果,与原始采样数据比较采样点数添加了10倍。
sin(x)/x插值办法的一个缺陷是,假如波形有快速边缘,就像脉冲波形中的那样,就或许超越奈奎斯特极限,而且频率重量有或许超越采样频率的一半。在这种状况下,sin(x)/x插值法就无效了,波形会失真。脉冲边缘将呈现实践波形中不存在的上冲和下冲现象,即所谓的“吉布斯耳朵”(Gibbs ears.)。
假如波形是重复性的,可以运用随机交错采样——一种等效时刻采样办法来添加有用的采样率,并例采样点靠得更近。图11的上方第3条轨道对此作了展现。假如波形是重复性的,翻开显现保存功用将发生仅根据采样值的滑润波形,如图11中下方轨道所示,其间被称为耐久轨道均匀的先进数学东西供给了捕捉耐久显现器上每个点均值的才干。
均方根和规范偏差
均方根(rms)和规范偏差(sdev)是密切相关的丈量。rms的核算公式是:
其间N是波形中的点数,Vn是第n个采样点的值。
规范偏差被界说为:
其间N是波形中的点数,Vn是第n个采样点的值,mean是V的均匀值。
关于零均值的波形来说,上面两个公式是共同的,rms值和规范偏差持平。当信号均值为非零时,从每个数据点减去均值后的sdev值便是减去均值后样本的rms值。因而sdev是真实的沟通rms值(在减去均值后的rms值)。
考虑图12所示3.3V电源输出上的纹波和噪声的丈量。
波形均值用参数P1进行读取。这是与纹波和噪声无关的标称直流输出。rms值P2一同包括了均值、纹波和噪声。规范偏差(参数P3中的sdev)仅读取电源输出中的沟通重量(噪声和纹波)。要从每个丈量点减去均值。因而规范偏差是“沟通”rms值。
rms值现在变高了,由于包括了偏移量。知道均值和rms值后就可以核算sdev值了。
为了核算电源输出上仅仅噪声和纹波的rms值,你可以挑选规范偏差或沟通rms。
本文小结
至此你又把握了别的10个示波器功用的运用,它们可以协助你扩展这种通用仪器的用处。期望其间一些运用技巧可以协助到你的日常作业。