如何提高示波器测量准确度?
示波器测量准确度指的是示波器测量出来的波形多大程度上还原了真实波形的特征。我们分三部分看看:
一、水平方向的时间测量
水平测量包括波形频率、周期、上升和下降时间等参数。为了更准确地恢复波形的时间参数,我们必须首先考虑奈奎斯特采样定理。因此,在每次测量的过程中,要特别注意随着时基档位的增加而降低的实际采样率。如果需要精确测量高频信号的周期,采样率应大于被测信号频率的2倍。比值越大,理论上采样点越密集,示波器屏幕上显示的周期信号越稳定。
其次,要考虑波形泄漏。当信号中偶尔出现异常信号时,我们更希望它出现在示波器采集的过程中。但市面上的数字示波器大多工作在串行模式,无法采集AD转换数据处理过程中的信号,被称为“示波器盲区”。在这种情况下,我们尽量通过使用较小的存储深度来缩短“盲区时间”,以保证异常偶然信号能够以较高的概率被捕获。
二、垂直方向的幅度测量
市面上的数字示波器大多采用并行Flash ADC,这种模数转换芯片的特点在于并行分析采集到的电压值,提高模数转换的速度,而且通过增加ADC位数,可以对采集到的电压进行更精准的比较识别。虽然我们之前在文章中写过示波器不适合高精度静态量测量,但是在高频信号测试中,仍然是“拼”ADC位数的时候—ADC位数越多,ADC垂直分辨率越高。
三、统计学上的多次测量
我们知道任何物理测量都是近似值。测量中存在偶然误差和系统误差。为了得到有价值的测量值以供参考,通常的做法是进行多次测量并计算数值。在示波器测量中,比如眼图测试,很多标准都要求数据积累量为1Mbit。在误码率测试中,如果期望被测系统的误码率小于10^(-12),那么至少可以测量3 * 10 ^ 12比特,以保证95%以上的置信度。那么对于测量本身来说,如果在单位时间内能够得到更有意义的测试结果,就意味着结果的可信度越高,也就是“示波器的测量速度”。
如果我们要测量一个周期信号的上升时间,当我们一次通过几个捕获的周期来测量每个周期的上升时间,然后取平均值,那么这个测量结果比测量一个周期的上升时间更可靠,收集到的数据得到更大程度的利用。因此,这种多周期测量比单周期上升时间测量“更快”。
比如泰克示波器MDO34、MSO46,甚至是MSO5系,6系,在自动测量中都添加了统计图功能,这样充分利用了已采集到的数据,实现更可靠的测量结果。
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