大家好，每當(dāng)說(shuō)起測(cè)量波形，我們總會(huì)想起示波器這樣一種儀器，之前去拜訪客戶，問(wèn)其示波器需求，有時(shí)客戶會(huì)說(shuō)，我只是簡(jiǎn)單地測(cè)一下波形而已，對(duì)示波器需求不大，這時(shí)可能會(huì)引起您的共鳴，我也只是用示波器簡(jiǎn)單地測(cè)一下波形，需求不大。
難道簡(jiǎn)單地測(cè)一下波形，對(duì)示波器的選擇就真的無(wú)關(guān)緊要了嗎？簡(jiǎn)單測(cè)波形其實(shí)是不簡(jiǎn)單的?？蛻羲f(shuō)的簡(jiǎn)單測(cè)量一下波形，無(wú)非就是利用示波器來(lái)測(cè)量下波形的特征，比如頻率、幅值、電壓峰峰值等參數(shù)。但是，即使是在簡(jiǎn)單測(cè)量波形的特征參數(shù)的背后，是隱藏著一些非常重要并且不得不知的內(nèi)幕的。
究竟是怎么回事？
我們都已了解到，數(shù)字存儲(chǔ)示波器在測(cè)量模擬信號(hào)時(shí)，首先A/D轉(zhuǎn)換器以一定的采樣率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)，我們把A/D轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字信號(hào)稱為“原始的采樣點(diǎn)”。在對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量操作時(shí)，我們都會(huì)理所當(dāng)然地認(rèn)為所有示波器應(yīng)該都是基于原始采樣點(diǎn)，可是事實(shí)并不是這樣的。
圖1 在波形密集時(shí)，每個(gè)波形的測(cè)量細(xì)節(jié)圖
通常情況下，在水平時(shí)基很大時(shí)（波形非常密集時(shí)），一些示波器對(duì)大存儲(chǔ)深度的數(shù)據(jù)處理能力不夠，就會(huì)在原始采樣點(diǎn)內(nèi)抽取部分采樣點(diǎn)來(lái)參與測(cè)量統(tǒng)計(jì)！在波形非常密集時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)抽取的采樣點(diǎn)甚至跨越了幾個(gè)實(shí)際周期！顯然，這樣做會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確！
但有些示波器從用戶角度出發(fā)，參數(shù)測(cè)量基于原始采樣點(diǎn)，滿足用戶需求。
如何辨別該示波器是否是基于原始采樣點(diǎn)測(cè)量？
首先來(lái)看下ZDS2022示波器是怎樣一種情況，輸入一個(gè)頻率約為1MHz的信號(hào)，由于ZDS2022示波器存儲(chǔ)深度可高達(dá)112Mpts，按下【Horiz】鍵，將儲(chǔ)存深度設(shè)為112Mpts，轉(zhuǎn)動(dòng)水平時(shí)基旋鈕，將水平時(shí)基檔位設(shè)為5ms/div。按下【Measure】鍵，我們選中一些時(shí)間參數(shù)與電壓參數(shù)，按下【Single】單次采樣鍵，我們?cè)跍y(cè)量結(jié)果列表中可以看到有些count值顯示為1，有些count值卻是一個(gè)很大的數(shù)值，這是怎么回事呢？
【Single】鍵的機(jī)制是，按下該鍵后，示波器會(huì)一直等待，直至出現(xiàn)符合觸發(fā)條件的波形時(shí)，示波器就會(huì)進(jìn)行一次觸發(fā)，然后停止波形采樣。很顯然，對(duì)于電壓參數(shù)的測(cè)量計(jì)數(shù)只有一次，但對(duì)于時(shí)間參數(shù)的測(cè)量就不一樣了，它記錄了在單次采樣下測(cè)量統(tǒng)計(jì)的所有波形周期數(shù)。
圖2 ZDS2022示波器測(cè)量結(jié)果
手頭正好有A公司的MSO-X3012A示波器，輸入同一信號(hào)，水平時(shí)基檔位也設(shè)為5ms/div，MSO-X3012A示波器雖然共有34個(gè)測(cè)量參數(shù)，但是卻只能同時(shí)實(shí)時(shí)顯示4個(gè)參數(shù)項(xiàng)，選中兩個(gè)時(shí)間參數(shù)和兩個(gè)電壓參數(shù)，按下【Single】之后，我們?cè)谄聊簧峡梢钥吹?，電壓參?shù)計(jì)數(shù)值均為1，但是時(shí)間參數(shù)的頻率和周期的計(jì)數(shù)卻為0，當(dāng)前值顯示無(wú)邊沿，這究竟是怎么回事呢？
圖3 MSO-X3012A示波器測(cè)量結(jié)果
我們減小水平時(shí)基檔位，可發(fā)現(xiàn)，頻率項(xiàng)計(jì)數(shù)就不是0了，也就是說(shuō)，此時(shí)示波器對(duì)被測(cè)波形的周期數(shù)開(kāi)始統(tǒng)計(jì)。在波形非常密集時(shí)，由于數(shù)據(jù)量很大，需要很強(qiáng)的波形處理能力，有些示波器的波形處理能力可能達(dá)不到，所以為了降低示波器對(duì)深存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的處理能力，會(huì)抽取部分采樣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，抽取數(shù)據(jù)的過(guò)程相當(dāng)于降低了采樣率，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，測(cè)出來(lái)的信號(hào)頻率完全是錯(cuò)誤的（實(shí)際上采樣率是足夠的），或是根本不能測(cè)出當(dāng)前條件下被測(cè)信號(hào)的頻率值，致使測(cè)量沒(méi)有任何價(jià)值。
您有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們按下ZDS2022示波器上的【Single】鍵后，不到1s的時(shí)間就對(duì)74.47k個(gè)波形周期樣本進(jìn)行了測(cè)量統(tǒng)計(jì)，都是全硬件測(cè)量的功勞，速度非常快！
圖4 MSO-X3012A示波器波形放大頻率測(cè)量
ZDS2022示波器單次采樣74.47k個(gè)波形樣本不到1s！并且ZDS2022示波器不論當(dāng)前波形有多密，所有的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)均基于原始的采樣點(diǎn)，如實(shí)時(shí)采樣率是1GSa/s，則參數(shù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)是基于該采樣率采集的所有采樣點(diǎn)來(lái)計(jì)算的，沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何的抽取，保證了參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。
看到這里，您是不是覺(jué)得之前所說(shuō)的只是簡(jiǎn)單地測(cè)一測(cè)波形，確實(shí)真的很不簡(jiǎn)單，正因?yàn)橹皇沁@簡(jiǎn)單的一測(cè)，所以必須保證其正確性。如果測(cè)量結(jié)果不正確，那么您可能會(huì)被這一簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤測(cè)量結(jié)果所蒙蔽，導(dǎo)致本來(lái)很簡(jiǎn)單的工作變得非常復(fù)雜。