示波器容易被忽略的3個關鍵參數

2020-12-01 電子發燒友

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所有示波器都會列出採樣率、帶寬和電壓範圍等規格,但在選擇新儀器時,這些參數是否是最重要的考量因素? 雖然這些是了解新設備的重要信息,但要真正了解示波器的質量,還需要深入閱讀用戶手冊。 了解有效位數(ENOB)、通帶平坦度和-3 dB濾波器截止頻率這幾個容易被忽略的參數的重要性。

1. 有效位數

示波器的ENOB是綜合考慮了儀器的失真、噪聲影響和雜散之後的實際測量解析度。 與前面板或數據手冊中的解析度相比,ENOB可以更精確地表示示波器的測量性能,並且可以直接根據信噪比和失真(SINAD)規範進行計算。 噪聲和設備雜散信號通常會嵌入到示波器的測量中,帶來了不必要的電壓偏移和頻率分量。

圖1. 有效位數(ENOB)用于衡量示波器的解析度,而且考慮了儀器噪聲和雜散。

如果要提高ENOB,可以使用具有極低噪聲密度的高端模數轉換器並採用先進的數據校正算法。 在選擇新的示波器時,請選擇具有高ENOB、SINAD或無雜散動態範圍(SFDR)規格的示波器,以獲得最佳的測量性能。 NI PXIe-5171R示波器是一款具有相對較高ENOB(11位)的14位示波器。 NI還提供行業領先的PXI-5922靈活解析度示波器,解析度為16到24位,提供前所未有的105 dB SINAD高頻譜性能。

閱讀這篇技術白皮書,了解計算ENOB和SFDR的詳細信息。

2. 通帶平坦度

不要以為示波器在整個頻率範圍內都能提供一致的幅度測量。 通帶平坦度規範是指示波器整個頻率測量範圍內的幅度測量一致性。 具有出色平坦度的示波器在所有測量頻率下(相同電壓電平)的測量幅度幾乎沒有變化。

圖2. 示波器的典型頻率響應(紅色)與示波器工作頻率內理想的理論頻率響應(灰色)有很大的偏差,這會導致測量結果不準確。

您可以通過查看示波器的頻率響應波特圖、多個頻率下的信噪比或SFDR並觀察數值差異或查看規範來確定儀器的平坦度。 具有良好平坦度的儀器可以讓您在任何頻率下進行測量,並在對輕微校正頻率後對數據進行比較,使關聯更加方便快捷。 

1.5 GHz 10位PXIe-5162示波器就是一款具有出色通帶平坦度的示波器。 請參閱的帶寬和瞬態響應部分。

3. -3 dB濾波器截止頻率

示波器用作為精確的振幅或頻率測量設備時,諧波分量和噪聲雜散會對測量產生不利影響。 所有示波器都具有由-3 dB點定義的模擬帶寬規格,但是更值得注意的是信號超出指定帶寬時對測量的影響。 在示波器的擴展工作頻率中​​出現的信號可能出現在通過混疊進行測量的區域中。 為了消除這些影響,可以在感興趣的特定區域使用具有抗混疊濾波器的示波器,或者使用具有更銳利濾波器滾降的示波器(通常大約為每十倍-20dB/十倍頻程)。

圖3. 示波器上的帶寬規格並不意味著高頻信號會消失 對於-3 dB滾降性能較差的示波器,工作頻率範圍之外的信號會錯誤地出現在測量頻譜中。

具有出色低通濾波器響應的示波器將在-3 dB點之後明顯滾降。 如果濾波器沒有足夠的滾降性能,那麼頻譜測量會由於感興趣區域出現的混疊信號而受到顯著影響。

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    圖2 觸發過程  示波器的觸發條件的一個很關鍵的因素是觸發電平,觸發電平大多數情況下是用一根直流電平作為基準,當信號的電壓超過該直流電平的時刻作為採樣波形的起始點如圖3所示:  圖3 穩定觸發的波形採樣  示波器的觸發功能,一方面可以使波形穩定,波形不再左右搖晃;一方面可以縮短用戶調試的時間,只有滿足觸發條件的信號才會被捕獲
  • 你真的會用示波器嗎?
    3.如果波形不正確,請調整探頭。如下圖三所示,直至波形為上面的補償正確波形。示波器的使用方法不同導致測試的結果差異很大。如下組圖四和組圖五,對於同一個產品同一個測試點,由於測試方法的差異,導致測試結果的差異很大。紋波對於電源來說是個重要參數,但是由於自己的操作問題而導致做測試不通過,又浪費大量的人力和成本去整改是很不值得的。  有時候您的客戶由於對儀器的使用和注意不夠,導致測試的數據錯誤。
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    數字示波器是一個非常普及的電子測量儀器,掌握了數字示波器的使用之後,能輕鬆獲得各種電信號形成的圖形,進而觀測不同電信號隨時間變化形成的波形曲線。此外,數字示波器還有其他使用方法,例如用示波器測試各種不與電相關的參數,如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等。
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    更廣泛的,只要能把兩個有關係的變量轉化為電參數,分別加至示波器的X(CH1)、Y(CH2)通道,設置為XY顯示模式,就可以在LCD屏幕上顯示這兩個變量之間的關係。一般我們會使用XY模式來顯示李薩如圖形,通過圖形來判斷兩個信號之間的相位差,其實還可以使用XY模式來繪製一些特殊的特性曲線,能夠清晰直觀的展現這兩個變量的關係。