便攜式功率分析儀設計----功率分析儀軟件設計

參數測量都是通過對采集的數據進行分析來進行的，所以，參數測量的結果都源于在FIFO中存貯的采集到的波形數據，這就意味著，功率分析儀的設置情況對參數測量和結果會有影響，例如，如果時基速度設置得比較慢，比如說設置為1ms/格，而要對一個估計為50ns至100ns的上升沿進行上升時間測量，那么由于采集過程中時間分辨率的限制，我們就無法測出正確的結果，為了進行這項參數測量，我們應當把時基設置得足夠快，例如設置為50ns/格以便以足夠細的時間分辨率顯示出被測波形的上升沿。菜單參數是在250個點的波形數據中計算的。

峰峰值計算方法：由于檢波器是將射頻信號功率值轉換為電壓幅值，所以我們對顯示在液晶屏幕上的波形峰峰值的計算，實際是在計算輸入信號在一定時間內的功率波動范圍。Vtop(幅度頂值)和Vbase(幅度底值)就是脈沖波形的100%和0%電平值，是脈沖參數自動測量的核心。確定了Vtop和Vbase值，才能計算脈沖其它參數值。當脈沖頂部和底部有嚴重失真時，頂值和底值往往很難確定。有關脈沖參數標準文件推薦可用頻數密度分布統(tǒng)計平均法或密度分布眾數法確定Vtop和Vbase值。

Vtop和Vbase的頻數直方圖眾數算法。算法的基本出發(fā)點是做波形樣點幅度頻數直方圖。如圖4-5所示，直方圖縱坐標是數字化電平，橫坐標是數字化電平出現的樣點次數。在波形中間電平上方和下方，樣點出現次數最多的量化電平值就分別是Vtop和Vbase。

在記錄樣點數據里搜索圖3-2表示的Vmax，Vmin，等參量值。在此基礎上計算脈沖幅度Vpp參數，算法是套用脈沖標準參數定義。但對于正弦波，波形的Vtop =Vmax，Vbase =Vmin，在實際測量過程中，不能發(fā)現密度分布眾數點，自然取Vtop =Vmax，Vbase =Vmin。這樣有，Vpp = Vmax -Vmin。

我們具體做法就是以點為單位計算，先比較求出點中的最大值和最小值，最大值和最小值之差為采樣點的峰峰值，這個峰峰值的數值范圍為0-255，沒有單位，這種峰峰值體現不出量程的信息，只有把這個有采樣點得到的峰峰值與當前的量程檔位結合起來才可以表達出準確的波形信息。先初始化最大值為imax=0，最小值為imin=255.然后將數據依次讀入，若讀入的數據小于初始化的最小值255，則將讀入的數據賦給最小值imin，依次用imin和讀入的新數據比較，找出最小值。最大值的尋找方法是初始化最大值為0，然后將讀入的數據賦給最大值imax，依次拿imax和讀入的新數據比較，找出最大值。最大最小值之差即為所要的峰峰值最后將V pp×幅度÷25即為所要求的峰峰值。

平均值的計算方法：在這里，我們采取誤差相對較小的計算方法即：平均值的計算是在判斷波形數據中有沒有半個以上的周期，若有，則用在半周期整數倍內的波形數據來計算參數，否則，就用屏幕顯示的所有點的數據來計算。平均值的計算公式：

然后與采樣值作為零點的零電平進行比較，若大于零電平認為平均值為正，若小于零電平認為平均值為負，最后與當前的量程結合起來得到波形的平均值信息。即將平均值×幅度÷25即為所要求的平均值。平均值對于我們功率測量的意義是代表在顯示時間范圍內功率變化的平均量。

有效值測量：在這里，我們有效值按下面的公式計算

x1直到xn為n個采樣點與零電平之間的差值，當然也需要在判斷奇異點并剔除奇異點后，再判斷波形數據中有沒有半個以上的周期，若有，則用在半周期整數倍內的波形數據來計算參數，否則，就用屏幕顯示的所有點的數據來計算。有這個公式得到的RMS與量程結合起來可以得到波形的有效值信息。最后將rms×幅度÷25即為所要求的有效值。

4.2.4超差現象及原因

一般來說，被測信號的峰峰值在屏幕上的偏轉格數應大于5div、小于8div.當信號偏轉高度小于1格時，測量結果數據變化大，出現嚴重超差現象。當被測信號相對于功率分析儀測量范圍很小時，在屏幕上的偏轉高度就很小，極大的損失了儀器測量的動態(tài)范圍，當然也損失了測量準確定。8位數的A/D轉換器，在進行A/D轉換時共執(zhí)行8次比較，使用基準電壓一次一次的逼近被測電壓，最后給出測量結果。在第一次比較時，判斷被測量處于哪一個1/2區(qū)間;第二次比較時，判斷被測量處于哪一個1/4區(qū)間……，最后一次比較時，判斷被測量處于哪一個1/256區(qū)間。因此，假設滿量程為10.24div，那么基準電壓的最小可分辨電壓為40mV，滿量程的1/256.以偏轉1div為例，取樣點為1div的信號，進行數字化，要逐次逼近8次。在第一次比較時，5.12div與1div比較，相差太大，減碼，第二次比較時，2.56div與1div比較，仍相差太大，減碼，第三次比較時，1.28div與1div比較，還是減碼，只有第四次比較時才出現加碼，相當于儀器的分辨力只有5bit.幅度域測量結果的相對誤差的經驗公式，折算成相對誤差，大于3%，保證不了測試準確度要求。因此，不允許被測信號的峰峰值在屏偏轉格數小于1.28div，這是為了保證測量結果的相對誤差不大于 3.2%而提出的。