示波器的波形算法

我們在前兩篇文章中介紹了示波器的波形抽取模式和內(nèi)插模式，用戶可以根據(jù)需要提高或者降低波形采樣率，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采集的波形通過適當算法產(chǎn)生新的波形，獲得特別的應(yīng)用價值。

提到波形算法，容易想到示波器里數(shù)學(xué)運算功能“math”可以實現(xiàn)幾十種的算法，完全滿足應(yīng)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(xiàn)時域和頻域聯(lián)調(diào)的功能。該文談的算法主要針對測試波形做相應(yīng)的算法，提升波形質(zhì)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(shù)據(jù)采集通道中，內(nèi)插模式、抽取模式以及波形算法是在同一數(shù)據(jù)處理通道上，從ADC采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)插模式或者抽取模式后，你可以根據(jù)測試需要選擇合適的波形算法對多次采集的波形進行算法處理，內(nèi)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(yīng)用。

圖1 R&S示波器數(shù)據(jù)處理通路

到這里，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里Hi-RESOLUTION抽取模式里也采用了average，這兩種處理方式同樣是針對同一采集數(shù)據(jù)處理的，一前一后，有什么差異？筆者在第一次見到這個的時候，確實存在這樣的疑問，后續(xù)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(xiàn)的組合如下圖2所示。

圖2 抽取模式與波形算法可以實現(xiàn)的組合

示波器抽取模式是對ADC采集的數(shù)據(jù)點進行分析計算，即對相鄰的N個數(shù)據(jù)點做相應(yīng)的算法，把N個數(shù)據(jù)點做算法，計算成一個點，以此類推到ADC采集的所有數(shù)據(jù)點，這樣可以降低波形采樣率。經(jīng)過抽取后的數(shù)據(jù)點組合成波形，而示波器的波形算法正是對N個連續(xù)采樣的波形采用不同的算法優(yōu)化波形質(zhì)量，更加真實的測量信號波形。

同理，示波器的內(nèi)插模式與波形算法的組合，是對ADC采集的數(shù)據(jù)點做不同的內(nèi)插，然后把內(nèi)插后的波形采用不同的波形算法，優(yōu)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(guān)閉或者旁路波形算法，直接送到示波器后續(xù)相應(yīng)測試測量部分，并在示波器屏幕上顯示出來。

· ENVELOPE

在N個連續(xù)采樣的波形里，在時刻Ti對應(yīng)于N個波形里的最大值和最小值分別為Vimax、Vimin，則對這N個波形做ENVELOPE算法后，就是把對應(yīng)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(luò)，即為波形算法里的ENVELOPE的含義。

· AVERAGE

同上原理，在N個連續(xù)采樣的波形里，在時刻Ti對應(yīng)于N個波形里的幅值分別為Vi1、Vi2、Vi3、……ViN，則對這N個波形做AVERAGE算法后，在Ti時刻的幅值為V=（Vi1+Vi2+Vi3+……+ViN）/N。在其他時刻，采用類似算法，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(jié)合示波器抽取模式，下面根據(jù)實際測試結(jié)果分析對應(yīng)于不同抽取模式下，不同波形算法的優(yōu)異差異，見圖2。關(guān)于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。