虛擬示波器使用必須注意問題
2014-10-31
前言
虛擬示波器因具有波形觸發、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優點，其使用日益普及。由于虛擬示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會產生較大的測量誤差，從而影響測試任務。
區分模擬帶寬和數字實時帶寬
帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而虛擬示波器的帶寬有模擬帶寬和數字實時帶寬兩種。虛擬示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術所能達到的最高帶寬為示波器的數字實時帶寬，數字實時帶寬與最高數字化頻率和波形重建技術因子K相關（數字實時帶寬=最高數字化速率/K），一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數字實時帶寬則同時適合重復信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達到多少兆，實際上指的是模擬帶寬，數字實時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數字實時帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考虛擬示波器的數字實時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。
有關采樣速率
采樣速率也稱為數字化速率，是指單位時間內，對模擬輸入信號的采樣次數，常以MS/s表示。采樣速率是虛擬示波器的一項重要指標。
1.如果采樣速率不夠，容易出現混迭現象
如果示波器的輸人信號為一個100KHz的正弦信號，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢？這是因為示波器的采樣速率太慢，產生了混迭現象。混迭就是屏幕上顯示的波形頻率低于信號的實際頻率，或者即使示波器上的觸發指示燈已經亮了，而顯示的波形仍不穩定。混迭的產生如圖1所示。那么，對于一個未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經產生混迭呢？可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時基檔，看波形的頻率參數是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經發生；或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩定下來，也說明波形混迭已經發生。根據奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會發生混迭，如一個500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發生：
•調整掃速；
•采用自動設置（Autoset）；
•試著將收集方式切換到包絡方式或峰值檢測方式，因為包絡方式是在多個收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。
•如果示波器有Insta Vu采集方式，可以選用，因為這種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類似于用模擬示波器顯示的波形。
2.采樣速率與t/div的關系
每臺虛擬示波器的最大采樣速率是一個定值。但是，在任意一個掃描時間t/div，采樣速率fs由下式給出：
fs=N/(t/div) N為每格采樣點
當采樣點數N為一定值時，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低。下面是TDS520B的一組掃速與采樣速率的數據：
表1掃速與采樣速率
t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25
綜上所述，使用虛擬示波器時，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置。
虛擬示波器的上升時間
在模擬示波器中，上升時間是示波器的一項極其重要的指標。而在虛擬示波器中，上升時間甚至都不作為指標明確給出。由于虛擬示波器測量方法的原因，以致于自動測量出的上升時間不僅與采樣點的位置相關，如圖2中a表示上升沿恰好落在兩采樣點中間，這時上升時間為數字化間隔的0.8倍。圖2中的b的上升沿的中部有一采樣點，則同樣的波形，上升時間為數字化間隔的1.6倍。另外，上升時間還與掃速有關，下面是TDS520B測量同一波形時的一組掃速與上升時間的數據：
表2掃速與上升時間
t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216
由上面這組數據可以看出，雖然波形的上升時間是一個定值，而用虛擬示波器測量出來的結果卻因為掃速不同而相差甚遠。模擬示波器的上升時間與掃速無關，而虛擬示波器的上升時間不僅與掃速有關，還與采樣點的位置有關，使用虛擬示波器時，我們不能象用模擬示波器那樣，根據測出的時間來反推出信號的上升時間。
下圖為EZDSO2041W虛擬示波器采集一方波時的上升時間波形
從示圖可以看出，此波形的上升時間為3.2uS。
EZDSO虛擬示波器還具有以下特點：
1． 體積小巧，攜帶方便。
2． 功能豐富。集成時波器，信號發生器，邏輯分析儀。
3． 512K采樣點（單通道），256K采樣點（雙通道）。
4． 觸發方式：上邊沿觸發，下邊沿觸發，電平觸發，眼圖觸發。
5． 光標測量電壓，時間。
6． 自動測量頻率，周期，最大值，最小值，峰峰值，有效值。
7． 加，減，X-Y，FFT等多種波形運算功能。
8． 無限量存儲波形，數據，圖片方便查看，分析，處理。
9． 具有二次開發包，可用于matlab，labview，VB，VC調用開發。
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