示波器功能的組合運(yùn)用

　　摘要：在當(dāng)前的數(shù)字示波器中，示波器的各個(gè)功能都有其獨(dú)特且強(qiáng)大的本領(lǐng)，它們彼此獨(dú)立而又相互聯(lián)系，所謂三個(gè)臭皮匠賽過(guò)一個(gè)諸葛亮，是不是可以將某些功能巧妙地組合使用，產(chǎn)生1+1>2的效果呢?這不僅可以將各個(gè)功能發(fā)揮到極致，還可以將問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)。在這場(chǎng)戰(zhàn)役中三個(gè)臭皮匠是否能凱旋而歸呢，我們拭目以待吧!

　　1、示波器三大功能

　　(1)FFT運(yùn)算功能。通過(guò)FFT運(yùn)算，可以有效地分析波形的頻域特性，直觀地查看到波形中存在的各個(gè)頻率分量的功率、有效值、相位等特性，有效地應(yīng)用在分析被測(cè)系統(tǒng)中的諧波分量和失真、電源信號(hào)中的噪聲特性等場(chǎng)合。ZDS2000系列示波器標(biāo)配4Mpts的FFT，在1GSa/s的FFT等效采樣率下頻率分辨率仍能精細(xì)到250Hz，可準(zhǔn)確快速的分析信號(hào)干擾來(lái)源。

　　(2)數(shù)字濾波器功能。它是使用IIR或FIR數(shù)字濾波器，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。通過(guò)較少的計(jì)算量，可以使通帶內(nèi)具有很好的平坦度、阻帶內(nèi)有足夠的衰減和足夠小的阻帶紋波。ZDS2024示波器標(biāo)配的IIR數(shù)字濾波功能可選擇高通或低通濾波，截止頻率可選擇100Hz到100MHz的寬調(diào)節(jié)范圍。如下圖1所示，是ZDS2024示波器在設(shè)置歸一化截止頻率為0.08的低通巴特沃斯濾波器的幅頻響應(yīng)曲線：

　　圖1 低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線

　　(3)自動(dòng)測(cè)量功能。不僅可以測(cè)量通道源的波形，還可以測(cè)量經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算或者數(shù)字濾波后的波形。ZDS2000系列示波器標(biāo)配的“真正意義”的參數(shù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)會(huì)把屏幕上捕獲的所有波形進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，得出當(dāng)前值、最大值、最小值和平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、測(cè)量次數(shù)。用戶通過(guò)觀察統(tǒng)計(jì)最大值和最小值可快速了解波形中可能存在的異常，通過(guò)觀察平均值、標(biāo)準(zhǔn)差可快速評(píng)估信號(hào)特性。

　　2、三大功能的組合

　　FFT功能：可以有效地分析信號(hào)中的噪聲的頻域范圍;

　　數(shù)字濾波功能：可以有效地過(guò)濾信號(hào)中的噪聲成分;

　　自動(dòng)測(cè)量功能：可以用于測(cè)量經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算或者數(shù)字濾波后的波形的各個(gè)參數(shù)指標(biāo)。

　　如上所述，我們已經(jīng)無(wú)形中就將“FFT + 數(shù)字濾波 + 自動(dòng)測(cè)量”組合成了一個(gè)可用于定位噪聲、減少噪聲、波形測(cè)量的利器，可有效地用于存在干擾的被測(cè)信號(hào)的干擾定位和快速測(cè)量。下面，我們就用這個(gè)利器來(lái)解決一個(gè)經(jīng)常會(huì)遇到的信號(hào)測(cè)量的問(wèn)題。

　　當(dāng)我們?cè)跍y(cè)量某些正弦小信號(hào)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)紋波信號(hào)會(huì)夾雜很多的高次諧波和噪聲干擾，造成波形不能有效觸發(fā)，更重要的是測(cè)量結(jié)果誤差很大。波形如下圖2所示：

　　圖2帶干擾的原始波形

　　下面，我們就看如何使用運(yùn)用三大功能的組合來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，具體步驟如下所示：

　　Step1：定位噪聲范圍

　　使用FFT運(yùn)算功能，得到該波形的頻域特性，分析波形的噪聲干擾范圍，從而定位噪聲范圍。

　　圖3示波器FFT頻譜分析圖

　　由上圖3可知，F(xiàn)FT測(cè)得的波形的基頻是357Hz(由于當(dāng)前FFT的頻譜分辨率為35.7Hz)，干擾的噪聲信號(hào)的頻率范圍都是大于1KHz。

　　Step2：信號(hào)濾波

　　使用數(shù)字濾波器功能。由于需要將高頻率信號(hào)過(guò)濾掉，因此在數(shù)字濾波菜單中選擇低通濾波模式，然后將截止頻率設(shè)為1KHz，將大于1KHz的頻率信號(hào)進(jìn)行低通濾波衰減。

　　濾波后效果如下圖4所示：

　　圖4經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波后的波形圖

　　Step3：參數(shù)測(cè)量

　　對(duì)于數(shù)字濾波后的波形，可以使用自動(dòng)測(cè)量功能，對(duì)濾波后的波形的電壓、時(shí)間、計(jì)數(shù)等測(cè)量項(xiàng)進(jìn)行測(cè)量。如下圖5所示，電壓方面，原始波形的峰峰值(Pk-Pk)為700mV，而數(shù)字濾波后波形的峰峰值為357mV，測(cè)量更加準(zhǔn)確。時(shí)間方面，原始波形的頻率測(cè)量值(Freq)為1.127kHz，波動(dòng)很大，而數(shù)字濾波后波形的頻率值為355.2Hz，波動(dòng)非常小。

　　圖5原始波形與數(shù)字濾波波形的測(cè)量結(jié)果對(duì)比

　　ZDS2000示波器擁有4Mpts FFT運(yùn)算、數(shù)字濾波功能、51種“真正意義”的自動(dòng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)這三大功能，如果能夠靈活地組合使用，將會(huì)使各個(gè)功能發(fā)揮到極致，極大地提高工作的效率。