淺談示波器的跟蹤和趨勢數學測量功能

2020-12-05 電子發燒友

示波器的跟蹤（track）和趨勢（trend）特性添加了兩個數學測量功能，可用於深入了解測量數據的意義。趨勢是所測量參數的數值順序展示圖，以測量事件數作為水平方向的數值。跟蹤是測量參數值與時間的關係圖。這兩個功能可以讓示波器執行如下任務：數據記錄、探測測量值之間的函數關係、識別長數據記錄中的異常情況，甚至可以解調角度調製或脈寬調製信號。

無論趨勢還是跟蹤都基於示波器的測量參數，大多數示波器都可以提供約25個測量參數，其中包括頻率、幅值，以及升/降時間。示波器持續跟蹤這些測量值並使用它們來顯示參數值的統計信息，當然也可以將這些數值繪製為趨勢和/或跟蹤圖。

圖1是如何使用趨勢或跟蹤功能的示例。所獲取的跡線（trace，上部網格中黃色所示）是脈寬調製（PWM）信號。參數P1逐周期測量所採集波形上的脈寬。參數統計包括脈寬最小值（2.698ns）和最大值（49.3ns）脈寬，以及所有測量值的平均值和標準偏差。採集的波形有100個周期（100k採樣），每個周期的脈寬都記錄在統計數據報告中。

底部跡線（藍色）是脈寬測量的趨勢。它包含這100個脈寬測量值，按照被測順序排列。跡線上的每個點代表一個值。趨勢圖中值的數量通常是用戶可選的，一般以1-2-5的級數來衡量，從2到1,000,000可選。此例中，趨勢圖和源波形是同步的，因為100個值的趨勢圖長度恰與源波形的周期數匹配，但情況並非總是如此。

圖1：源自脈寬調製波形的脈寬趨勢和跟蹤。

中心跡線（橙色）是脈寬的跟蹤。該波形包含與採集波形相同的100k個點。對每個測量值進行升採樣（upsampled，即加大採樣率）以匹配源波形每個周期的持續時間。跟蹤圖始終與源波形同步。

由於跟蹤功能具有時間同步特性，因此可以使用它來解調PWM波形信號。通過跟蹤參數頻率，也可以使用它來解調調頻（FM）或調相（PM）信號。

數據記錄

趨勢功能非常適合數據記錄。我們來看看圖2中的測量數據。

圖2：數據記錄示例記錄了RMS線電壓和室溫的變化。觸發遲滯（hold-off）用於每隔5秒讀一次數。

頂部跡線是RMS線電壓的趨勢。觸發遲滯用於在每次測量之間插入5s延遲。頂部往下數的第二條跡線是熱電偶輸出趨勢。數學跡線F4（頂部往下數的第三條跡線）對熱電偶輸出進行濾波，並重新以攝氏度進行數值標度。整個圖中記錄了2000次測量，每次間隔5秒，時長2.7小時。

當空調系統開啟時，線電壓下降，然後溫度稍微下降。整個過程呈現周期性變化。這可通過交叉關聯原始趨勢波形進行驗證，在底部跡線中有顯示。在相關功能中清楚地顯示出周期性，大約每252次測量或每20分鐘循環一次。

使用跟蹤進行解調

在某些應用中，解調角度調製信號很有幫助。例如，在測量鎖相環（PLL）的頻率響應時，可以使用跟蹤功能查看PLL輸入和輸出處的相位變化。圖3顯示了PLL頻率響應測量。

圖3：使用時間間隔誤差跟蹤來解調相位調製輸入並輸出到PLL。

任何器件的頻率響應都可以通過使用階躍函數激勵來測量，差分該階躍響應並對該響應進行快速傅立葉變換（FFT）。在圖3中，左上方的跡線是PLL輸入：66.67MHz的正弦波，在波形的中點有一個2弧度的相位階躍。測量參數P1測量的是波形的時間間隔誤差（TIE）。TIE測量波形邊沿或閾值交叉點的測量位置與該邊緣的理想位置之間的時差。TIE本質上是信號的瞬時相位。圖3左側頂部往下數的第二條跡線顯示了PLL輸入的TIE跟蹤。TIE跟蹤解調了相位調製輸入。輸入波形中心的相位階躍顯而易見。

右上方的跡線是PLL的輸出。測量PLL輸出的TIE並使用跟蹤來解調相位，可以看到PLL對相位階躍的影響。請參見圖3右側頂部往下數的第二條跡線。跟蹤功能可以查看PLL輸入和輸出的相位變化，提供了源跡線中不明顯的相位變化的視圖，這很重要，因為PLL是相位敏感器件。

通常使用脈衝函數作為輸入信號來測量信號的頻率響應。差分該階躍響應產生脈衝響應。第三組跡線分別顯示了解調的PLL輸入和輸出信號，分別在圖3的左側和右側。

圖3中左下方的跡線顯示了PLL的脈衝響應FFT。請注意，這是個基本平坦的響應。在右下方的跡線中，PLL輸出脈衝響應FFT顯示了PLL的頻率響應。從技術上講，頻率響應是輸出與輸入FFT的複數比，但由於輸入在頻譜上是平坦的，輸出頻譜接近PLL的頻率響應。

趨勢還是跟蹤？

趨勢是數據記錄的不二之選。趨勢跡線僅包含每個測量值的一個點，因此存儲效率很高。如果需要執行時間相關的操作（例如FFT或對跡線的濾波），跟蹤是必需的。若擬將異常測量讀數追溯回源跡線，跟蹤也很有用，因為跟蹤與源跡線保持時間同步。跟蹤完成這一工作的代價是在該函數中使用更多採樣。

趨勢和跟蹤功能可讓你查看單個參數測量的歷史記錄。通過對波形進行一系列測量，可以使用示波器的數學和分析工具來深入了解關於被測過程的信息，從而可以大大縮短故障排除和調試時間。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 淺談實測測量電路和示波器獲得波形的數學表達式
    淺談實測測量電路和示波器獲得波形的數學表達式 卓晴 發表於 2020-12-28 15:26:29 實驗要求 在第一次作業中的第二小題，練習了根據信號的波形寫出對應信號的表達式
  • 示波器水平光標測量調節功能應用介紹
    示波器水平光標測量功能介紹在示波器的使用中，有時不能直接用自動測量功能來進行信號頻率，周期峰，峰值等參數的測量，尤其是對於不規則波形的時候，常常不能直接測量信號參數，此時就可以記住光標功能對信號的周期，頻率，峰值等進行測量。
  • 示波器自動測量參數提供最精確的測量
    除了光標正常的振幅和時間讀數之外，用戶還可從 X-Y 顯示區域獲取矢量角度（從向下箭頭到向上箭頭的角度）和振幅（從向上箭頭到向下箭頭的半徑）的讀數。這些矢量讀數顯示在 X-Y 顯示區域下方。X-Y 顯示區域上的相對光標可以讀取矢量差，包括誤差矢量振幅 (EVM) 和相位角。 X-Y 光標的實用特性是：X-Y 顯示區域上的光標位置在 X-T 和 Y-T 分量上跟蹤。
  • 淺談示波器工作原理/種類及組成結構
    打開APP 淺談示波器工作原理/種類及組成結構 工程師之餘 發表於 2018-11-05 09:01:45 1873年，他通過國家中學教師考試，在萊比錫的一家中學教數學和自然科學，在那裡他同時進行對振蕩電流的科學研究。1874年，他發現某些金屬硫化物具有使電流單方向通過的特性，並利用半導體的這個特性製成了無線通信技術中不可或缺的檢波器，開創了人類研究半導體的先例。
  • 數字示波器的功能用途_數字示波器的測量用途
    打開APP 數字示波器的功能用途_數字示波器的測量用途 發表於 2018-01-16 10:34:07 數字示波器的工作方式是通過模擬轉換器（ADC）把被測電壓轉換為數字信息。數字示波器捕獲的是波形的一系列樣值，並對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止，隨後，數字示波器重構波形。數字示波器可以分為數字存儲示波器（DSO），數字螢光示波器（DPO）和採樣示波器。
  • 示波器:測試測量領域「集大成者」
    而示波器的發展也呈現出這樣一種趨勢：集成化發展。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/84259.htm示波器功能集成化　　集成化已經成為未來示波器產品主要的發展趨勢。
  • 淺談示波器的存儲深度
    如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法分辨高頻變化。幅度將出現失真，邊緣將會消失，細節數據將被丟失。如果沒有足夠的帶寬，得到的關於信號的所有特性，響鈴和振鳴等都毫無意義。本規格指出示波器所能準確測量的頻率範圍。每位工程師都足夠重視帶寬對測量的影響，所以大家都遵循測量的五倍法則：示波器所需帶寬=被測信號的最高信號頻率*5，使用五倍準則選定的示波器的測量誤差將不會超過＋/－2%，對大多的操作來說已經足夠。
  • 淺談數字示波器與模擬示波器的對比
    再次，採用多處理器加快信號處理能力，從多重菜單的煩瑣測量參數調節，改進為簡單的旋鈕調節，甚至完全自動測量，使用上與模擬示波器同樣方便。最後，數字示波器與模擬示波器一樣具有屏幕的餘輝方式顯示，賦于波形的三維狀態，即顯示出信號的幅值、時間以及幅值在時間上的分布。具有這種功能的數字示波器稱為數字螢光示波器或數字餘輝示波器。
  • 淺談模擬示波器與數字示波器的異同
    其次，提高數字示波器的更新率，達到模擬示波器相同的水平，最高可達每秒40萬個波形，對觀察偶發信號和捕捉毛刺脈衝就方便多了。再次，採用多處理器加快信號處理能力，從多重菜單的煩瑣測量參數調節，改進為簡單的旋鈕調節，甚至完全自動測量，使用上與模擬示波器同樣方便。
  • 數字示波器死區時間和波形捕獲率影響測量結果
    採集模塊隨後則執行處理功能，例如樣本抽取，默認一般都為採樣模式。輸出數據作為樣本點(samples)存儲在採集存儲器中。存儲的樣點數目用戶可以通過記錄長度進行設置。根據用戶的需求，還可以對這些樣本點進一步後處理。後處理任務包括算數功能(例如求平均值)、數學運算(例如FIR濾波)、自動測量(例如上升時間或下降時間)以及分析功能(例如直方圖或模板測試)。
  • 示波器如何測量直流電壓_示波器測量直流電壓方法
    示波器是一種用途之分廣泛的電子測量儀器，它自1933年誕生至今已經有60多年的歷史。第一臺示波器十分簡單，由一支示波管一個電源和一個簡單的掃描電路組成，只能用於觀察信號。第二次世界大戰前後，隨著無線電通訊和雷達技術發展，對示波器提出迫切要求，促使示波器在電路結構技術指標等方面有了很大改進，這時的示波器能對信號進行定量的測量。 隨著微型計算機和儀器通用接口的出現，將示波器的自動化發展推到了嶄新的水平。
  • 示波器的功能介紹
    示波器是一種常用的電子測量儀器，被廣泛的應用於多個行業中。隨著技術的不斷發展示波器功能越來越強大，有很多新型的功能對於行業中的幫助都是非常大的。
  • 為什麼不同示波器的紋波噪聲測量結果總是不同
    為什麼不同示波器的紋波噪聲測量結果總是不同 佚名 發表於 2018-01-20 03:22:42 　對於同一個電源，使用不同的示波器測量紋波和噪聲值總是有些差異。
  • 示波器波形參數測量和FFT分析
    當示波器正確捕獲波形後，示波器可以對波形參數進行自動測量。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201701/336243.htm 下面介紹典型的電壓參數和時間參數測量。 電壓參數和時間參數測量，都需要參考點，這是測量的關鍵點之一。
  • 簡述數字示波器死區時間和波形捕獲率影響測量結果
    採集模塊隨後則執行處理功能，例如樣本抽取，默認一般都為採樣模式。輸出數據作為樣本點（samples）存儲在採集存儲器中。存儲的樣點數目用戶可以通過記錄長度進行設置。　　根據用戶的需求，還可以對這些樣本點進一步後處理。對於數字示波器而言，基本上對波形樣本執行的處理步驟沒有任何限制。
  • 淺談數字示波器的死區時間
    說到波形刷新率的意義就和死區時間息息相關了。 何為死區時間？死區時間是數字示波器與生俱來的一個缺陷，目前階段是無法消除的，只能夠盡力減小。不同於模擬示波器採用電子束直接打在螢光屏上的顯示模式，數字示波器是一個典型的「前端數據採集+後端數位訊號處理」系統。
  • 全新R&S RTO2000數字示波器以傑出的性能、全面的測量功能和易操作...
    電子設計的開發人員希望通過一款功能強大、支持多用途和結果直觀顯示的實驗室示波器來快速準確地完成複雜的測試任務。開發人員可以利用其完成對高級嵌入式系統的設計驗證，分析包括電源、微處理器系統、RF單元以及傳感器等不同功能子系統之間的相互作用。R&S RTO2000可以實現其他傳統示波器無法完成的時域、頻域、協議層和邏輯分析測試結果的關聯顯示和多域分析。
  • 示波器基礎使用說明和功能
    我們可以把示波器簡單地看成是具有圖形顯示的電壓表。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/203240.htm　　普通的電壓表是在其度盤上移動的指針或者數字顯示來給出信號電壓的測量讀數。而示波器則與共不同。
  • 泰克示波器鮮為人知的10個特異功能
    可以快速手動測試信號的時間差或者幅值差，大部分工程師都會使用到光標測試的基本功能，但泰克示波器的高級光標測試功能卻鮮為人知：1) 利用泰克示波器的光標測試功能可以對波形、水平、垂直、水平和垂直進行測量，大大擴展了光標測試的應用範圍，例如選擇波形光標測試，可以一次測試該波形的光標1和光標2的水平和垂直參數及兩個光標參數的變化∆，並可以設定光標聯動，從而比較其他周期波形和初始測試位置的參數對比
  • 手持示波器功能作用
    手持示波器作為電子測量儀器的一種類型，使用便捷，這是因為它是一種手持式的儀器，那麼手持示波器有哪些功能和作用呢下面來給大家介紹一下手持示波器的功能和作用。手持示波器是一種手持式的電子測量儀器，用於顯示被測量的瞬時值軌跡變化情況，具有攜帶方便、操作簡單等特點。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201701/336865.htm它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便於人們研究各種電現象的變化過程。