10个技巧可以扩展示波器的实用性

现代中档示波器比大多数工程师使用的功能更多。本文总结了十个可能让您大吃一惊的示波器应用程序。无论如何，您可能会发现它们很有用。

使用示波器的快速边沿功能和数学运算来进行频率响应测量
频率响应测量需要具有平坦频谱的源信号。通过利用示波器的快速边沿测试信号作为步进源，可以使用示波器导数函数导出被测器件的脉冲响应。然后，这可以应用于FFT（快速傅里叶变换）功能以获得频率响应。图1显示了输入信号的频率响应和37 MHz低通滤波器的频率响应过程中的步骤。

图1.通过将快速边沿测试信号应用于滤波器输入（左上），使滤波器输出（右上方迹线）对其进行微分（右中心），最后取FFT的平均值，得出滤波器的频率响应（右下）。左下方迹线上的光谱显示了差分步进输入的频率平坦度。
快速边沿测试信号具有大约800ps的上升时间和大约400MHz的带宽，这远大于该测量的100MHz跨度。

李郝荫 · 2018-9-17 14:13:31

使用示波器低通数字滤波器对输入信号进行高通滤波
如果示波器可以使用增强分辨率（ERES）数学函数等功能对信号应用低通滤波器，则可以对同一信号进行高通滤波。请注意，只有在您可以访问数字低通滤波器的输入和输出时，才能执行此操作。图2显示了设置。

图2：通过从输入信号（C1，顶部迹线）减去低通滤波波形（迹线F1中心），结果信号具有高通特性，如数学曲线F2（底部迹线）的频谱所示。

输入信号迹线C1是窄脉冲。数学轨迹F1（中心轨迹）使用示波器的ERES数字滤波器对信号进行滤波。通过从输入信号中减去滤波器轨迹，结果信号仅具有较高频率分量。跟踪F2执行减法并且还采用高通信号的FFT，以便您可以看到高通特性。低通响应下降到最大响应的 0.293的频率是高通滤波器的-3dB点。

李郝荫 · 2018-9-17 14:14:42

仅选择性地平均具有特定形状或测量参数的信号
提供基于波形模板或参数测量的通过/失败测试的示波器以及将符合通过/失败标准的波形存储到内部存储器的能力可以选择性地将这些波形添加到示波器的平均功能中。通过首先根据波形模板和/或在所需限制内的测量参数上输入通过/失败标准来设置此功能。通过测试的操作是将波形存储到内部存储器中。设置平均功能以平均该内部存储器的内容。结果是只有符合测试标准的波形才会被添加到平均内容中。图3显示了此类过程的设置。

图3.设置选择性地仅平均波形模板中包含的波形。通道1迹线（C1）与模板不匹配，红色圆圈表示模板外部的区域。最后接受的跟踪存储在存储器跟踪M1中并出现在模板中。数学曲线F1显示累积平均值，只有模板内的波形被添加到平均值。

通过/失败测试设置为传递完全落在模板内的波形（以蓝色显示）。满足通过标准的波形被存储到存储器M1并且被添加到功能轨迹F1中的平均值。不符合标准的波形将被拒绝，并且永远不会出现在平均值中。

李郝荫 · 2018-9-17 14:15:19

通过使用排除触发器仅在异常事件上获取来查找间歇性事件
智能或高级触发器基于选定的波形特征，如宽度，周期或占空比。一些制造商提供触发范围内或范围外的智能触发事件的能力。这种触发器是排除触发器，因为它可以用于仅触发异常事件，如图4所示。在此示例中，示波器已设置为触发宽度超出48±0.8 ns范围的脉冲。在发生宽度为52.6 ns的大脉冲之前，它不会触发。由于示波器仅在宽度超出标称48 ns宽度的脉冲上触发，因此不存在更新速率问题。对于异常脉冲宽度，它实际上是“等待”。

图4.基于脉冲宽度超出48±0.8 ns范围的排除触发设置。这导致示波器触发大脉冲，宽度为52.6 ns，忽略所有标称48 ns宽脉冲。

李郝荫 · 2018-9-17 14:16:00

使用趋势函数并触发延迟作为自定时数据记录器
趋势图是按测量顺序显示的测量参数值的图表。这种设置的一个例子如图5所示。使用灵敏度为39μV/°C的热探针测量振荡器的内部温度。同时，获取在一个周期内获得的频率。每次趋势中的100次测量是通过100次采集获得的。触发源是振荡器输出。通常，这会导致示波器以其标称更新速率触发。为了防止这种情况发生并在测量之间设置已知的延迟，使用触发延迟。使用触发保持关闭采集之间的时间设置为10秒，因此总测量间隔为1000秒。使用参数math rescale function将温度传感器的电压读数转换为摄氏度。

图5.超过1000 s的内部温度（迹线F2）和振荡器输出频率（迹线F1）的趋势图显示了振荡器的热响应特性。

李郝荫 · 2018-9-17 14:17:23

解调调幅信号
调幅信号的包络检测涉及信号的峰值检测。通过在本示波器中组合绝对值数学函数和称为增强分辨率（ERES）的数字低通滤波器，可以实现峰值检测。这使得容易准确地提取调制包络的形状。一个例子如图6所示。左上方的迹线是获取的AM信号。应用绝对值数学函数，如左下图所示，绝对值提供全波整流。

图6.从AM信号中提取调制包络的步骤。绝对值用于“检测”信号。ERES滤波消除HF载波，产生干净的调制包络。

稀疏和ERES功能的组合用于低通滤波器的绝对值，从而产生右上方迹线中显示的调制包络。

稀疏选择性地降低采集波形的采样率，用于帮助设置ERES低通滤波器的截止频率，该截止频率是采样率的函数。低通滤波器截止频率必须远低于载波的截止频率。

右下方网格中的迹线是输入AM调制信号的重叠缩放迹线，并且提取的包络显示了过程的保真度。测量和进一步分析可以直接应用于提取的包络。

李郝荫 · 2018-9-17 14:17:48

检测频率，相位和脉冲宽度调制信号
许多中频示波器提供跟踪或时间趋势功能，可根据测量时序参数的逐周期变化生成波形。轨道功能与源波形时间同步，因此频率，宽度或相位的变化很容易与源波形相关。这提供了一种解调FM（调频），PM（相位调制）或PWM（脉冲宽度调制）信号的方法。图7示出了使用TIE（时间间隔误差）参数的轨迹解调相位调制（PM）波形的示例。

图7.使用TIE参数的轨迹绘制PM波形的每个周期的瞬时相位与时间的关系，从而解调相位调制信号。

TIE是波形上的阈值交叉与阈值交叉的理想位置之间的时间差。它基本上是信号的瞬时相位。因此，TIE的轨迹示出了载波相位的周期到周期变化，并产生表示与原始调制载波同步的相位变化时间的波形。垂直刻度以时间为单位，可以通过简单的重新缩放操作轻松转换为相位。以类似的方式，频率参数的轨道将显示FM调制载波的调制信号，并且脉冲宽度的轨道产生PWM解调。

李郝荫 · 2018-9-17 14:18:22

在示波器的快速傅里叶变换中添加“最大保持”功能
频谱分析仪提供峰值或“最大”保持功能，在进行扫频正弦频率响应测量时非常有用。大多数示波器FFT不提供此功能作为FFT功能的一部分，但它们提供了顶部或最大数学函数，可以与FFT结合使用，以保持FFT中每个频率单元出现的最大幅度。图8提供了此功能的示例。

图8.红色迹线F2（中心）显示扫频正弦的FFT中每个频率的峰值或最大值。跟踪F1（底部）是没有应用屋顶或最大值的FFT。F2描述符框显示屋顶功能设置。

当输入正弦波穿过一系列频率时，迹线F2中所示的顶部（或最大）功能保留FFT中每个频率单元的峰值幅度。这允许用户查看每个频率的最大响应。

李郝荫 · 2018-9-17 14:18:46

以V²/ Hz为单位计算波形的功率谱密度
示波器FFT的显示功率谱和功率谱密度（SPD）分别以dBm或dBm / Hz为单位对数。噪声分析等应用要求功率谱密度为线性单位，如V²/ Hz或V /√Hz。使用FFT和重新缩放数学函数可以通过一些工作来完成具有线性缩放的PSD的测量。图9显示了此测量的FFT设置。FFT输出类型设置为Magnitude Squared，以垂直单位V²显示FFT。转换为PSD要求将FFT归一化为FFT的有效分辨率带宽。这是所选加权函数的分辨率带宽（Δf）和ENBW（有效噪声带宽）的乘积，如图9中的FFT设置所示。

图9. Trace C1是采集的带限噪声信号。Trace F3是功率谱密度，线性垂直缩放，单位为V²/ Hz。参数P7读取PSD轨迹下的区域，并将其与时间波形的均方值进行比较，时间波形的平均值在参数P8中以轨迹C1的标准偏差的平方计算。

该范围将FFT读取为峰值，因此我们还必须将其转换回均方值，这意味着将所有幅度值除以因子2。使用重新缩放数学函数完成归一化，在这种情况下，将每个FFT幅度值乘以5×10 -6。得到的迹线，图9中的 F3，以V²/ Hz读出PSD。参数P2是输入波形C1的标准偏差。该值在参数P8中取平方，并且是输入信号的均方幅度。参数P7读取PSD走线（F3）下面积为23.3mV²。它还报告了均方幅度，在这种情况下，从FFT得出23.28mV²验证过程。

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