深入分析示波器測試中的假波現(xiàn)象

　　在工程師使用示波器測量信號(hào)時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的時(shí)基檔下所測到的波形頻率不同。如果這個(gè)信號(hào)并非是疊加信號(hào)，那么可能就是示波器出現(xiàn)假波現(xiàn)象了。本文重點(diǎn)分享示波器假波現(xiàn)象的形成原因以及處理方法。

　　一、數(shù)字示波器的假波現(xiàn)象

　　圖 1.數(shù)字示波器觀察到的假波現(xiàn)象

　　在使用數(shù)字示波器時(shí)，是否會(huì)遇到輸入信號(hào)頻率為10MHz，而示波器測量出來卻是遠(yuǎn)小于10MHz頻率的信號(hào)波形，你可能會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)高頻率小信號(hào)疊加低頻率大信號(hào)，請(qǐng)不要急著做這樣的結(jié)論，可能此時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了假波現(xiàn)象了。

　　圖1給出信號(hào)實(shí)際波形和假波的圖形，從圖中可以直觀的看出假波和實(shí)際波形的區(qū)別。隨后會(huì)討論假波形成原因、特征以及如何判斷測量中是否出現(xiàn)假波現(xiàn)象。

　　二、假波現(xiàn)象形成的原因

　　了解假波現(xiàn)象如何形成，就得要知道數(shù)字示波器的工作原理。圖2是數(shù)字示波器工作原理框圖，與模擬示波器不同，數(shù)字示波器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)把被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，并對(duì)樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值是否能描繪出波形為止。對(duì)樣值存儲(chǔ)后，數(shù)字示波器再重構(gòu)波形。顯然示波器是否能重現(xiàn)真實(shí)的信號(hào)波形，其中關(guān)鍵的步驟就是采樣。根據(jù)奈奎斯特抽樣定律，要保證信號(hào)在恢復(fù)時(shí)不發(fā)生混迭現(xiàn)象和失真，采樣率至少為信號(hào)最高頻率帶寬的2倍以上。可想而知，如果示波器采樣速率不高，無法建立起精確的波形記錄時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)假波現(xiàn)象，如圖1所示顯示為低頻信號(hào)波形，或者觸發(fā)顯示為不穩(wěn)定的波形。

　　圖 2.數(shù)字示波器工作原理框圖

　　三、假波現(xiàn)象的判斷方法

　　在實(shí)際測量中可以通過以下4個(gè)方法判斷示波器測量的波形是否為假波。

　　注：測試輸入為10MHz，峰峰值800mV的正弦波信號(hào)。所用示波器是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司自主研發(fā)的ZDS1104，帶寬100MHz，最大采樣率1GSa/s，最大儲(chǔ)存深度28MKpts，支持4通道輸入。

　　1.旋轉(zhuǎn)“t/div”旋鈕改變水平時(shí)基檔，如果波形形狀劇烈變化，則可能出現(xiàn)假波現(xiàn)象。

　　圖 3.水平時(shí)基20us/div、采樣率50MSa/s

　　圖 4.水平時(shí)基100us/div、采樣率10MSa/s

　　從圖3和圖4中可以看出，當(dāng)水平時(shí)基檔從“20us /div”增加到“100us /div”時(shí)，波形發(fā)生劇烈變化，頻率為10MHz的信號(hào)示波器測量為4.98KHz，可以判斷時(shí)基檔在“100us /div”出現(xiàn)波形為假波。

　　數(shù)字示波器采樣率fs和水平時(shí)基檔(t/div)有如下關(guān)系：

　　其中數(shù)字示波器最大采樣速率N是一個(gè)定值，可知水平時(shí)基檔越大，采樣率越小。水平時(shí)基檔增加到“100us /div”時(shí)，采樣率也從50MSa/s減小到10MSa/s，根據(jù)奈奎斯特抽樣定律，此時(shí)的采樣率小于信號(hào)頻率的2倍，也就不能正確的重現(xiàn)波形了。