示波器的波形算法

2020-12-14 電子產品世界

1 背景

我們在前兩篇文章中介紹了示波器的波形抽取模式和內插模式，用戶可以根據需要提高或者降低波形採樣率，更好地還原信號。這篇文章我們將討論示波器如何針對多次採集的波形通過適當算法產生新的波形，獲得特別的應用價值。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201702/338119.htm

提到波形算法，容易想到示波器裡數學運算功能「math」可以實現幾十種的算法，完全滿足應用需要，其中有個特色算法就是實時的FFT算法，可以實時顯示頻譜，實現時域和頻域聯調的功能。該文談的算法主要針對測試波形做相應的算法，提升波形質量，分為三種：OFF，ENVELOPE，AVERAGE。

2 幾個概念

為了更直觀的說明波形算法這個概念，首先貼出圖1，從圖中可以看到在數據採集通道中，內插模式、抽取模式以及波形算法是在同一數據處理通道上，從ADC採集的數據經過內插模式或者抽取模式後，你可以根據測試需要選擇合適的波形算法對多次採集的波形進行算法處理，內插模式和抽取模式可以與波形算法自由組合，選擇比較靈活。本篇以4種抽取模式與3種波形算法的組合來主要說明波形算法的應用。

圖1 R&S示波器數據處理通路

到這裡，可能很多人會有疑惑：又是一個average，之前上一篇抽取模式短文裡Hi-RESOLUTION抽取模式裡也採用了average，這兩種處理方式同樣是針對同一採集數據處理的，一前一後，有什麼差異？筆者在第一次見到這個的時候，確實存在這樣的疑問，後續將跟大家一起分享下這兩個average的同與不同。

在《示波器的抽取模式》一文中已說明抽取的四種模式分別為：SAMPLE，PEAK-DETECT，HI-RESOLUTION，RMS。本文所要介紹的波形算法分為如下三種：OFF，ENVELOPE，AVERAGE。可以實現的組合如下圖2所示。

圖2 抽取模式與波形算法可以實現的組合

示波器抽取模式是對ADC採集的數據點進行分析計算，即對相鄰的N個數據點做相應的算法，把N個數據點做算法，計算成一個點，以此類推到ADC採集的所有數據點，這樣可以降低波形採樣率。經過抽取後的數據點組合成波形，而示波器的波形算法正是對N個連續採樣的波形採用不同的算法優化波形質量，更加真實的測量信號波形。

同理，示波器的內插模式與波形算法的組合，是對ADC採集的數據點做不同的內插，然後把內插後的波形採用不同的波形算法，優化測試波形。

下面對三種波形算法定義分別作簡要的介紹。

· OFF

這是最簡單的一種方式，顧名思義，就是對波形不做任何處理，即關閉或者旁路波形算法，直接送到示波器後續相應測試測量部分，並在示波器屏幕上顯示出來。

· ENVELOPE

在N個連續採樣的波形裡，在時刻Ti對應於N個波形裡的最大值和最小值分別為Vimax、Vimin，則對這N個波形做ENVELOPE算法後，就是把對應的每個Ti時刻的最大值Vimax和最小值Vimin組合成一個新的波形，這樣會有最大值組合成的一條曲線和最小值組合成的一條曲線，這兩條曲線組合成包絡，即為波形算法裡的ENVELOPE的含義。

· AVERAGE

同上原理，在N個連續採樣的波形裡，在時刻Ti對應於N個波形裡的幅值分別為Vi1、Vi2、Vi3、……ViN，則對這N個波形做AVERAGE算法後，在Ti時刻的幅值為V=（Vi1+Vi2+Vi3+……+ViN）/N。在其他時刻，採用類似算法，這樣在不同時刻點計算出來的值組合成新的波形即為通過AVERAGE波形算法計算的波形。

3 不同波形算法對比

結合示波器抽取模式，下面根據實際測試結果分析對應於不同抽取模式下，不同波形算法的優異差異，見圖2。關於示波器抽取模式的分析，可以參照《示波器的抽取模式》一文。本文所測試信號為R&S示波器自帶標準信號1KHz方波。

相關焦點

  • 面對示波器的波形死區,工程師們怎麼選擇
    沒有什麼是完美的，示波器也不例外。數字示波器一直有個廠家不願提起的問題，恐怕很多老工程師也沒太注意，那就是波形死區。我們通過數字示波器無法觀察到波形流中所有波形，觀察到的或許還不到1%。 　　圖2 示波器原理　　與示波器死區時間對應的參數是示波器的波形刷新率，又叫波形捕獲率，示波器在特定時基本下的波形刷新率是可通過Trigger Out接口去測得
  • 示波器的那些事-示波器波形測量
    波形測量 許多術語用來描述使用示波器可以進行的測量類型。小圖現在就來介紹部分常用的測量和術語。您可能要測量波形從最大峰值到最小峰值的電壓，這稱為峰峰值電壓。幅度 幅度指電路中兩點之間的電壓量。幅度通常指從接地或零伏測得的信號的最大電壓。圖中所示的波形的幅度為1V，峰峰值電壓為2V。相位 觀察正弦波最適合解釋相位。正弦波的電壓電平基於循環運動。
  • 如何測試示波器的波形捕獲率
    波形捕獲率概念波形捕獲率是個什麼概念呢？波形捕獲率是相對於數字示波器來說的。數字示波器採樣、處理數據、把數據在屏幕上顯示出來都是需要時間的。我們也可以這樣理解，示波器會眨眼睛。它們會每秒睜開眼睛多少次，來捕獲信號，其間則會閉上眼睛去處理數據，把數據顯示到屏幕上。
  • 教你了解示波器波形粗細屬性
    更新速率越低，示波器就會花費更長時間顯示與特定波形相關的細節。目前，示波器的更新速率範圍是在每秒鐘 100 萬個波形到幾秒鐘 1 個波形。只需更改示波器的設置，同一款示波器就能顯示不一樣的速率範圍。更新速率會受到多個示波器設置的影響，包括更改採集存儲器的深度，這會對存儲器深度帶來極大影響。　　讓我們看一個簡單示例。
  • 知識百科:了解示波器波形粗細屬性
    示波器波形展示了真實的電子信號。在評估示波器性能時，可以考察它顯示與目標信號形狀相同的波形的能力。假設示波器具備足夠的基本技術指標——例如帶寬、採樣率和等頻率響應，示波器應當顯示粗波形還是細波形更好一些?
  • 示波器的波形和波形測量分別是怎樣的
    打開APP 示波器的波形和波形測量分別是怎樣的 ssdfans 發表於 2019-12-31 16:59:08 示波器基本上是一種圖形顯示設備，它繪製一個電信號的圖形。
  • 怎麼使用示波器抓取瞬態波形
    打開APP 怎麼使用示波器抓取瞬態波形 發表於 2017-11-27 10:54:19 示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在塗有螢光物質的屏面上，就可產生細小的光點（這是傳統的模擬示波器的工作原理）。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。 　　如何使用示波器捕捉波形？
  • 示波器波形捕獲模式的特點及應用場合
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201810/393058.htm　　其實在測量波形時，對一些具有某種特徵的信號的測量是需要選擇合適的捕獲模式的，這裡以ZDS4054 Plus示波器為例，分享示波器幾種捕獲模式的原理和特點及其合適的應用場合。
  • 如何將示波器用出波形記錄儀的效果
    Wave Analyze通過網絡與示波器連接，可以將示波器採集到的波形上傳到PC端作進一步分析，或導出成文件。該方法需要依賴PC軟體，好處是還可以在PC端進行波形分析，可操作性更強。方法如下：1）安裝示波器PC軟體2）使用網線連接PC和示波器3）打開PC軟體，並設置示波器IP進行連接4）點擊採集按鈕，採集一幀波形5）導出波形文件
  • 示波器顯波形的原理是什麼
    我們在使用示波器的時候對於示波器顯波形原理是什麼都了解過嗎?下面小編就來為大家具體介紹一下吧。示波管是示波器的關鍵部件，當電子槍被加熱發出電子束後，經電場加速打在螢光屏上就形成一個亮點，電子束在到達螢光屏之前要經過兩對相互垂直的電偏轉板，如果沒有偏轉電場的作用，電子束將打在螢光屏的中央;如果施加了偏轉電場，電子束(亮點)的位置就會發生偏移。
  • 示波器觀察電信號波形的步驟
    示波器是一種常用的電子測量儀器，被廣泛的應用於多個領域當中。示波器主要針對於各行業中的電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等電信號進行檢測。我們對於示波器觀察電信號波形的步驟都了解過嗎?下面小編就來為大家具體介紹一下示波器觀察電信號波形的步驟吧，希望可以幫助到大家。
  • 示波器顯示波形的原理
    打開APP 示波器顯示波形的原理 本站 發表於 2008-12-03 14:39:01 示波器顯示波形的原理如果只在豎直偏轉板上加一交變的正弦電壓，則電子束的亮點將隨電壓的變化在豎直方向來回運動，如果電壓頻率較高，則看到的是一條豎直亮線，如圖1６－2所示。
  • 示波器波形更新率確定捕獲到難解事件的概率
    波形更新率則是另一項重要的考慮因素。示波器採集波形和更新顯示的速率確定了捕獲到隨機和偶發事件，例如毛刺的概率。這篇文章通過調試應用 ── 試圖捕獲隨機和偶發產生的亞穩態 ── 來說明波形更新率的重要性。文章也討論了使用專門的重複快採集模式，以及可能的權衡。
  • 使用示波器觀察波形的頻率成分
    檢查波形的頻率成分能夠揭示出在普通的示波器圖形中難以察覺的重要信息。泰克TDS 3000系列數字存儲示波器用混合基FFT程序分析波形的頻率成分。這樣，頻率標度就能與以10為底的示波器時標控制的1-2-5序列直接匹配。
  • 為何國產示波器廠家從來不願提起波形刷新率?
    ，使得它不得不在數據處理期間停止取樣，這樣必然導致死區t2內的所有波形因沒有採集而丟失，示波器的基本原理如圖2所示。 　　圖2 示波器原理　　與示波器死區時間對應的參數是示波器的波形刷新率，又叫波形捕獲率，示波器在特定時基本下的波形刷新率是可通過
  • 使用內置波形發生器的示波器進行元器件測試
    測試配置本測試案例的基本理念是通過波形發生器在該元器件上施加一個激勵，並通過示波器測量它的響應。安捷倫InfiniiVision X系列示波器採用內置波形發生器，可為元器件測試提供便利的「一體化」解決方案。
  • 你示波器的波形捕獲率真的有那麼高嗎?
    我們知道示波器三大核心指標是帶寬、採樣率、存儲深度，然而在選擇數字示波器時還有一個很重要的指標往往會被忽略，那就是我們今天要講的波形刷新率，也稱為波形捕獲率！波形捕獲率是相對於數字示波器來說的。數字示波器採樣、處理數據到送顯屏幕都是需要時間的，處理數據和送顯屏幕這段時間稱為死區時間。
  • 漏源波形的示波器測量注意及解決方法
    不止如此，示波器還有一些除了測量電信號之外的功能。本篇文章將為大家介紹使用示波器來對開關電源漏源波形進行測量的一些注意事項。　　　　在對漏源波形進行測量時，有些設計者會遇到電源燒毀的情況。這種情況通常是示波器的地線端和插排的地線端接錯的問題，大多是將地線端接到了插排的地線端，而插排的地線端真正連到了大地。幾乎所有臺式示波器的探頭GND端都與三芯AC電源輸入的保護地相連，這個設計主要是為了安全考慮。所以直接把探頭接到220VAC上，就相當於把220VAC的L或N，通過示波器的探頭GND線到示波器內部GND再短路到AC輸入的保護地。嚴重時可能燒探頭或者示波器。那麼，有沒有方法來解決呢?
  • 用示波器觀察電信號波形的步驟
    示波器是一種常用的電子測量儀器，可以觀察不同電信號幅度隨著時間而變化的波形曲線，以便人們觀察電信號的變化。用戶在使用示波器觀察電信號波形的步驟是什麼呢?這對於用戶的使用也是很重要的。今天小編就來為大家具體介紹一下用示波器觀察電信號波形的步驟吧，希望可以幫助到大家。
  • Pr剪輯yc波形和矢量示波器使用技巧。
    本傑來理解一下矢量示波器和yc波形。我們在語音的工作中會經常接觸到這個yc波形和矢量示波器，首先來查看一下yc波形：PR採用的是ycbcl色彩模式，當前的圖像中展示的是亮度信息。也就是y，如果我們勾選色度，這樣它會把我們的這個色度信息來進行展示，當然色度和亮度現在是重合在一起，我們很難去識別這個波形，所以把色度關閉。我們在這個圖像中看到了一些波形，這個波形就是反應的圖像當中的信息，在這個波形當中也是從左到右對應這張圖片，在這個波形中也是很難看出他是一個什麼圖形，比如中間他對應的是一個人物和熊的形狀，兩邊是背景。