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1、在我 3 月 17 日的文章有奖辩论:究竟该相信谁,示波器还是信号发生器? 中, 我们谈到了在测量过程中看到了一个开始让我们有点想不通的现象,就是利用 示波器测量信号发生器产生信号的峰峰值,结果有些不一致,而且结果通常偏 大。当然,我这里采用的这两台仪器都是顶尖品质的仪器,用于连接的 BNC 电 缆也是高品质的。经过大家的辩论,我也请教了这方面的高手,也通过具体的 实验,更深一步地了解到了问题的本质。这里首先和大家分享一下如何更合理 使用示波器, 来减少幅度测量误差。现象: “我用示波器测 33220A 的正弦波,33220A 输出 5Vpp,频率 10KHz。用 示波器测出来幅度是 5.2V
2、?这是为什么?”我们模拟了的客户的设置,用 BNC 线缆连接 33220A 和安捷伦 MSO-X 2024A 示波器。客户将垂直分辨率设为 2V/格, 结果为 5.2V,如下图所示。在该设置下,波形只占用了示波器屏幕两格半的范围。也就是说,并没有充分 利用示波器的垂直分辨率, 示波器这时会有较大的量化误差。因此,我们应该 将垂直分辨率设为更适合的参数,一般来说,建议波形占用示波器屏幕 6 格以 上,但不要超过屏幕。如下图所示,利用示波器的微调功能,将垂直分辨率设为 740mV/格,测试峰峰 值为 5.06V。相对之前的结果,有了很大改善。但测量结果还是偏大。这是由于我们采用了示波器的峰峰值测量
3、,在这种测量 方式下,测量的是信号最大值。 由于波形上会有些噪声信号,测量结果就是波 形的幅度加上噪声的幅度。从而导致了测量结果偏大。还有没有办法能进一步改进测试结果呢?答案是肯定的。 如果测试信号是一个 周期函数信号,例如正弦波或方波,可以在示波器的采集模式菜单中,选择 “平均”模式。该模式可以平均多次采集结果以降低噪声并提高分辨率。如下图所示,我选择了平均模式,测试结果为 4.972V。但这种方法,适合于重复性非常好的比较简单的波形。它是捕获若干个波形后, 进行平均运行,获得的测量值。这样的好处是可以一定程度上消除随机误差和 噪声干扰,如果对于更为复杂的信号,这种方法显然是不行的, 而去回
4、隐藏一 下波形本身的问题。这就需要更高分辨率的示波器,或者带有高分辨率模式的 示波器。高分辨率的示波器直接采用 12bit 的 AD,可以有更高的分辨率,从而 减小量化误差。 例如安捷伦的 9000H 系列示波器。但这示波器价格很高,大多 数工程师手中不会有这种东西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式, 它通过数学运算的方式, 将 8bit 的 AD 提升为 10-12 比特,这样也可以减少测 量误差。以下这张截屏就是我们利用安捷伦的 33220A 20MHz 波形发生器产生 5Vpp 的正 弦波, 同时利用安捷伦 MSOX2024A 示波器测量到的波形。 测量值是 5.01V, 非常接近
5、于波形发生器的输出设定值!这种方法同样适用于非重复的波形。关于示波器的平均模式和高分辨率模式的差异,我将在以后的文章中介绍到。还有一个小故事,也是我们遇到的:“我用 33220A 输出 10Hz,5Vpp 值的正弦波,怎么示波器测出来只有 3.5Vpp 啊? 如果我把 33220A 的幅度设为 1KHz,示波器测出来就对了。低频信号输出不正 常啊!是不是你这台 33220A 有质量问题啊?”有位用户很生气地给我们打电话 来。通过与客户的沟通,发现他认为自己测试的是交流信号,所以把示波器的耦合 方式设置为 AC 耦合。殊不知,选择 AC 耦合后,示波器会把一个 3.5Hz 高通滤 波器(以安捷伦 2000X 系列示波器为例)与输入波形串联,导致示波器测量值 偏小。只要将耦合方式设置为 DC 耦合,就能得到正确的结果了。【知识分享】如果您觉得本文有用,请点击右上角“”扩散到朋友圈!关注电子工程专辑请搜微信号搜微信号:“eet-china”:“eet-china”或点击本文标题下方“电子工程电子工程 专辑专辑”字样,进入官方微信“关注关注”。
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