扩展示波器用途的十大技巧 示波器, 工程师, 信号源, 技巧, 测量

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关键字：示波器   频率响应测试   滤波器   解调   功率谱密度  
目前的中档示波器具有的功能实际上比大多数工程师曾用过的要多。本文总结了十个可能令你惊奇的示波器应用。其中任何一个应用你都会发现非常有用。
使用示波器的快速边沿功能和数学运算实现频率响应测试

频率响应测量需要具有平坦频谱的信号源。通过将示波器的快速边沿测试信号用作阶跃信号源，再利用示波器的衍生功能就可以得到待测设备的脉冲响应。然后运用快速傅里叶变换(FFT)功能获得频率响应。图1显示了获得输入信号的频率响应和37MHz低通滤波器的频率响应的过程步骤。




图1：先将快速边沿测试信号加到滤波器的输入端(左上)，然后用滤波器输出(右上曲线)对它进行微分(右中)，最后求FFT的平均值(下右)，就可以得到滤波器的频率响应。左下边曲线中的频谱展示了微分过的阶跃输入信号的频率平坦度。
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快速边沿测试信号的上升时间约为800ps，带宽约为400MHz，比这次测量的100MHz范围大得多。

使用示波器的低通数字滤波器对输入信号进行高通滤波

如果你的示波器能够利用诸如增强分辨率(ERES)数学函数等功能对信号进行低通滤波，那么你就能对同样的信号进行高通滤波。注意，只有你能访问数字低通滤波器的输入和输出端时这个功能才能实现。图2显示了具体实现过程。




图2：从输入信号(C1，顶部曲线)中减去低通滤波后的波形(中间F1曲线)形成的信号就具有高通特性，如数学曲线F2(底部曲线)的频谱所示。
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输入信号曲线C1是一个很窄的脉冲。数学曲线F1(中心曲线)使用示波器的ERES数字滤波器对C1信号进行滤波。从输入信号中减去滤波器曲线后形成的信号就只有较高频率的成分。曲线F2执行减法操作，同时完成高通信号的FFT，因此你能看到高通特性。低通响应跌至最大响应0.293处的频率就是高通滤波器的-3dB点。

只对具有特定形状或测量参数的信号进行平均

能够根据波形模板或参数化测量提供通过/失败测试、并能将满足通过/失败标准的波形存储到内存中的示波器可以有选择地将这些波形加入到示波器的平均功能中。要启用这项功能，首先要根据波形模板和/或处于目标极限内的测量参数输入通过/失败标准。针对通过的测试，要将波形存储到内部的存储器中。启动平均功能对该内存中的内容进行平均。结果是只有满足测试标准的波形才会加到平均内容中。图3显示了这样一个完整的过程。




图3：只对波形模板中包含的那些波形进行有选择的平均。通道1曲线(C1)与模板不匹配，红色圆圈指出了位于模板外的区域。最终接受的曲线被存储在内存曲线M1中，整个曲线都位于模板之内。数学曲线F1显示的累加平均曲线只是将落入模板中的波形进行了平均累加。
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通过/失败测试是通过完全落入模板内的波形(蓝色显示)的一种测试。满足通过标准的波形被存储在内存M1中，并增加到功能曲线F1中的平均曲线中。不满足标准的波形会被丢弃，永远不会出现在平均曲线中。使用缩放选通式FFT比较频谱分量

偶尔你可能需要对捕获波形的一小部分执行FFT。这种情况通常是有疑问波形在时间上发生变化时发生的。大多数示波器允许你通过FFT控制中的选通功能或在捕获波形缩放基础上计算FFT来选通FFT过程。记住，不管是哪种情况，FFT分辨率带宽都将被确定为选通信号持续时间的倒数。由于选通部分短于整个波形，分辨率带宽将增加，FFT频率分辨率将降低。图10显示了对一个线性正弦扫描波形进行选通式FFT分析的例子。正弦波的频率在10ms扫描时长内从1MHz变化到80MHz(左上边的曲线M1)。

在437 μs和1.42 ms点采集了两个时长为5 μs的缩放波形(左中是曲线Z1，左下是Z2)。整个波形的FFT(右上的F1)显示在整个扫描范围内具有统一的幅度。Z1和Z2的FFT显示了扫描过程中在所选时点的频率。



图10：使用缩放功能选通FFT的例子。在437 μs和1.42 ms处采集的两个5 μs缩放波形显示了作为时间函数的频率的差别。



本文小结

现有示波器的一些非传统应用可以让你扩展这种通用仪器的用途。你为示波器支付了大笔费用，你应该充分发挥它的价值。幸运的是，上述这些技巧有助于你做到这一点。