在示波器上快速、准确、完整的波形测量---凯利讯半导体

　　与大多数测试工具一样，现代数字存储示波器(DSOs)已经发展到满足设计人员和测试工程师的需求，这些需求需要平衡性能、特性和可用性。然而，三种基本特征——免费、游标和自动测量参数被完好无损地保存了下来，因为当应用正确时，它们对于设计人员来说，在不断增加的市场压力下是非常有价值的。

　　本文将描述这些现代DSO的主要用途和应用，并为其提供一个有用的参考定义。

　　现代社会的三大不可或缺的工具

　　示波器是一种电压响应测量仪，包含三种基本测量工具。这些工具在仪器的发展过程中顺序进化。最古老的是在仪器显示屏上显示的网格。第二种工具，在开发示波器时引入的是光标或标记。这个工具集的第三个也是最后一个补充是测量参数。这些都是随着数字示波器的引入而增加的。这些工具并没有被取代，因为更新的工具是可用的，这证明了它们的用处。让我们一个一个来了解它们为什么，以及如何充分利用它们。

　　筛格

　　最原始的测量技术是在屏幕和计数框上使用坐标。这种方法主要用于对振幅和时间测量的快速估计。显示网格是第一个出现在示波器上的测量工具。测量波形的方法是注意到网格盒的数目，然后乘以适当的比例因子。这可以用于在Teledyne LeCroy HDO 4104A上获得的波形，它显示了一个正弦波的五个周期(图1)。

　　

　　图1:典型示波器显示网格。从通道1(C1)跟踪描述符中读取的垂直刻度因子是50毫伏(mV)，而水平尺度因子，在Timebase描述符中显示为100 ns /分。(图片来源:Digi-Key电子)

　　正弦波迹可以垂直覆盖六个部分。通过在通道1描述盒中发现的50毫伏电压(mV)的垂直尺度因子，正弦波振幅为300 mV峰至峰值。类似地，正弦波的周期包括两个水平栅格盒，从时间基描述符盒的每一个分割到100纳秒(ns)，结果是200个ns。计数盒看起来很原始，但它是一种非常快速的基本测量方法。大多数示波器用户都能熟练地使用这种方法来验证测量波形的基本假设，并保证示波器的设置正确。

　　游标

　　游标是标记，以用户可放置的显示行形式，具有相关的振幅和时间读数。游标被定位在需要测量的地方的点上。游标读数显示了光标标记行(图2)的振幅、时间和时间差。

　　

　　图2:跟踪和x - y游标，显示用于振幅和时间位置的游标读出字段(图像来源:数字-关键电子)

　　可用的游标类型是水平的、垂直的以及两者都有。显示的光标类型是水平的，它包括垂直游标线和箭头的水平和垂直的读数。振幅读数显示在显示的每个通道的跟踪描述符中。水平读数位于Timebase下面并触发描述符框。水平读数显示了相对于触发点的绝对光标位置，光标(Dt)和时间差异的倒数(频率)之间的时间差。

　　游标的操作扩展到它们在x - y显示器上的使用。除了正常的振幅和时间的游标读数外，用户还可以从x - y显示中获得矢量角的读数(从下箭头到向上箭头的角度)和大小(从下箭头到向上箭头的半径)。这些向量读数出现在x - y显示下。x - y显示的相对游标读出矢量差，包括误差矢量大小和相位角。

　　x - y游标的一个有用特性是，在x - t和y - t组件上跟踪x - y显示器上的光标位置。因此，在x - y显示上的任何异常都可以立即追踪到组件跟踪上的精确点。

　　测量参数

　　测量波形最准确的方法是使用示波器上可用的自动测量参数(图3)。

　　

　　图3:Teledyne LeCroy HDO 4104A示波器的测量参数，显示最大8个参数读数，包括statitics和“Histicons”。(图片来源:Digi-Key电子)

　　Teledyne LeCroy 4104A和wUNK urfer 510示波器提供了超过30个标准的基本测量值，并且可以分别显示8个或6个参数。wwaves urfer 3024有24个标准尺寸，一次显示6个。额外的参数可用特定的分析选项提供。

　　对所显示波形的每一个周期测量时间参数。这种能力被称为“所有实例”度量。振幅参数为每次获取累积一个单一值。测量表可以显示每个测量的最后一个值，或者可以通过参数统计数据显示所有测量的历史。图中显示了参数静态。可用参数统计数据包括平均值、最小值、最大值和标准差。还显示了参数统计中包含的总的收购(清扫)次数。它为统计考试提供了基础。

　　可以打开Histicons或图标直方图来显示每个参数的测量值分布。统计数据和histicons有助于理解参数值在多个度量上的变化。

　　进一步了解测量值的变化是趋势函数。趋势函数在测量的顺序中测量参数值。纵轴单元与测量单位相匹配，水平值为序列的测量值(图4)。

　　

　　图4:频率调制正弦波瞬时频率趋势图的一个例子。测量每一个周期的频率，并在数学跟踪F1中绘制测量值。(图片来源:Digi-Key电子)

　　获得信号是一种频率调制的正弦波;信号的频率以循环周期为基准，并绘制成数学跟踪F1的趋势图。这个趋势图的垂直轴是赫兹(Hz)的单位，横轴是测量的序号。在1 -2- 5的进展中，趋势图可以有20 - 1,000,000点。这些图与源跟踪是同步的，但前提是它们绘制的点相同。

　　状态图标，例如统计表下的绿色检查标记，表示参数计算的状态，包括错误条件。如果没有足够的数据，就会删除读数。

　　测量数据可以被控制，这样用户定义的测量门之间的数据就包括在测量中。这在应用程序中很有用，例如分析数据总线，地址和数据波形共享相同的信号路径。测量门可以定位，以便只在需要的模式下进行测量。

　　脉冲测量是基于IEEE标准181。该标准规定脉冲测量应用统计分析，以尽量减少噪声对脉冲波形测量的影响(图5)。

　　

　　图5:IEEE标准181直方图的脉搏测量。脉搏的直方图将显示两个峰值。这些峰值的平均值决定了脉冲的最高和基本电压值，使噪声的影响最小化。(图片来源:Teledyne LeCroy)。

　　IEEE标准规定波形样本是直方图。脉冲的直方图将有两个峰值。峰值的平均值为脉冲顶部，下峰的平均值为脉冲基础。使用这些平均值可以减少噪声对决定脉冲振幅的影响。因此，更准确地计算了周期、宽度、超射、上升时间和下降时间。

　　如果直方图没有显示出两个不同的峰值，那么示波器就通过状态图标指示波形不是脉冲，而振幅测量是基于最大值减去最小值或峰值。

　　其他专业测量是基于类似的行业测量标准。

　　下面是一个有用的表，它列出了Teledyne LeCroy HDO系列示波器的标准参数。它也是一个很好的测量定义和参考:

　　双模态信号的顶部和基部之间的幅差，如果不是双模态最大-最小值

　　AreaArea下波形

　　在双模态波形中，最可能的状态的BaseValue

　　在触发器和第一个边缘之间的延迟时间为50%

　　Δperiod@levelAdjacent周期偏差(周期循环周期抖动)每个周期的波形

　　Δtime@levelTime之间选择两个波形之间的水平

　　循环宽度为周期的百分比

　　在选定的水平上，Duty@levelDuty循环抖动

　　在波形中边缘的Edges@levelNumber

　　下降的边缘从90 - 10%下降

　　下降80 - 20%的持续时间从80 - 20%下降

　　信号在50%水平上的每一个周期的频率

　　每一个周期的波形的一个特定的水平和斜率的Freq@levelFrequency

　　最大测量最高点的波形

　　输入信号中所有数据值的平均值

　　最小测量波形的最低点

　　过度−超调量下降沿,振幅的百分比

　　超射+在上升边缘的超射量，作为振幅的百分比

　　峰与峰之间的最高和最低点的波形

　　周期信号的周期在50%水平之间

　　每一个周期的波形，在指定的水平和斜率的周期

　　两个选定信号之间的相位差

　　上升边缘的持续时间从10 - 90%

　　上升20% - 80%的持续时间从20 - 80%

　　RMSRoot意思是数据的平方

　　在时钟的边缘的时间，减去最近的时钟的边缘

　　在游标之间的数据的标准偏差标准偏差

　　在指定的级别从触发器到边缘的时间

　　两个最可能的状态的顶高，低的是底

　　宽度+宽度的正脉冲在50%的交叉

　　宽度-宽度的负脉冲在50%的交叉

　　这些测量都是经过良好定义的，并且是自动的，而且比其他测量技术更准确。

　　结论

　　自动测量参数提供了示波器上最精确的测量值，而游标提供了更大的测量灵活性。例如，测量脉冲爆发的持续时间很容易使用游标，但需要一个自定义参数。同样，使用“坐标图”的网格估计是获得基本测量的最快方法，也是快速验证测试设置的理想方法。

　　幸运的是，现代数字示波器的制造商已经设法保留了所有三个世界中最好的，以帮助设计师缩短他们的测试时间。