数字示波器的波形测量方法

数字示波器的波形测量方法

数字示波器的波形测量方法 (一)石莉 张夙世贾平 (西北核技术研究所，陕西省西安市，702 ) 104Wa ef m ur me of Th Met o of v or Meas e nt e h dThe D g t l i l s o e O c l o c p s i ia s

S i i h n s s i i p n h I Z a g u h J a i g

摘 要本文通过实脸对比的方法，阐述了数字示波器在进行波形测量时的两种荃本方法，并总结了在选择数字示波器及波形测量时应注意的问题.关键词 数字示波器波形测量方法

A src n i pp r truh e to o ep rm n cm ae to sc to s b ta t I t s e, o g t m hd xe ie t p r, b i m hd o h a h h e f o w a e f d g t l s i l s o e i w v f r m a u e e t s e c i e . e r b e s n i i a o c l o c p s n a e o m e s r m n i d s r b d T p o l m i hs l c i g s i l s o e a d a e o m e s r m n a e n i a e . e e t n o c l o c p s n w v f r m a u e e t r t d id c K y r s i ia o i l so e M t o o W v f r M a u e e t d D g t l c lo c p s T e e h d f a e o m e s r m n e W o s h

1、引言示波器本质上是一种图形显示设备， 它描绘电信号的图形曲线。在人多数应用中，} 1,现的图形能够表明信号随时间的变化过程。最初的形式是模拟示波器， L其作方式是直接测量信号电压。随着数字电路技术的屹速发展，特别是A转换技术的不断提高，数字示波器也 D得到了快速发展，在许多应用场合替代了模拟示波器。数字示波器在测量原理上也与模拟示波器有了很大的不同，因而，在许多方面还需进一步探讨，我们将就数字示波器在波形测量

上的一些较为普遍的问题采用实验对比的方式进行探讨，本文为其中的第一篇。

2、问题的提出无论数字示波器以实时或等效时间采样方式获取波形信息，内插法都是必不可少的。 用内插法“连接各采样点’,,即使信号在一个周期内仅采样儿次，也能有精确的

显示。对于

利用内插法的实时采样，示波器在单程内只收集很少量的采样点在间隙处利用内插法进行填充。内插法是利用一些点推算出整个波形的处理方法，它的作用是在波形的实际采样点之

间划线，从而建立连续的波形曲线，而不是一串单独的点。

既然内 插法对数字存储示波器必不可少，那么，它是如何 ) _作的，又能对波形显示产' t多大的影响呢？在此，我们就对目’前)为使用的两种土要内抽方式的应用情况进行探讨。一

— 1 4—

数字示波器的波形测量方法

3、实验设计目大多数数字存储示波器都提供了两种内 前，插形式：线性内插和i弦内线性内 l捅。插法是在示波器的显示屏上按时序二点间用直线来连接线性内插可减少视感的 N淆所产生的影响。这种方式对脉冲和数字信号使用起来效果很好，但是对正弦信号会产生较大失真 1 1弦内插法采用曲线拟合的方法连接实际采样点，这种方法对正弦波信号很理想，但在显示脉冲时很可能产生明显的过冲或卜冲。 H 前一种改进的正弦内插法可以在显示脉冲时消除不精确性。 i(/内捅法是基 j Snx x )

Nqit定理，它根据数字信号处理的 yus理论，来计算被采集的采样点间的路径。 i(/ Snx x )内插法只有在满足Nqi定理的前提下 yus t才会消除视感混淆的影响。真正为了地去除视感混淆的影响，我们必须采用Snx/的数字滤波器。这种数字滤波可在波形止确的采样1间 i( x )从计算出止确无误的中间点 Snx/插法是区分实际混淆和视感混淆的手段它是利川 i( x内 )自适应前置滤波器判明快速信号瞬变位置并作相应补偿。虽然这个方法比线性内插法要求史多的计算，但却提高了波形的重建精度卜 面，我们通过实验来进行说明内插法是怎样上作的。目的是通过实验结果的对比分析来了解内插法的工作情况。实验一：内插法是在何时进行的一 般认为，内插法作为数字示波器的

一种数学处理方法，应该是在中央处理器的控制下，对所采集到的波形数据点进行

相应的 (按照所设定的内插方式)数学运算，计算出实际采样点之间的内插点的值，然后，再将经过内插后的点序列进行处理后显示出实际的波形。也就是说内插法是

图31正内 s集的形 .弦 9到波采

在采集完成后进行的。实际情况如何呢？假设上述认

识正确，那么就是说，不

论怎样设定内插法，在数字存储示波器的 A D转换寄存器中存储的数据都是原始的波形数据，内插法所产生的点只是用干改

变显示的波形方式，由此推论，当一次触

图32转线擂的形 .换成性内后波

数字示波器的波形测量方法

发完成后，寄存器中将记录卜原始的波形数据，然后根据所设定的内插方式显示响应的波形，当改变内插方式时，因原始数据不变，因而内插点将随内插法的改变而改变，显示的波形也

将随之而改变。本实验通过一次触发采集到一个；j波信号， L玄 i '然后改变内插方式来观察波形是否随之而改变，从而判定匕述说法的准确性

实验设 我们利用数字示波器以实际采样率对一个 2H频率信号进行采样。置： Gz然后利川两种内插法分别进行还原显示。

实验数据： . 图31是采用正弦内插法采集到的波形， .图32是将内插法改变为线性内插后原波形的显示情况；图 33是采用线 . J性内插法采集到的波形，图 34 .是将内插法改变为正弦内插后原波形的显示情况。

实验结论：从对比中可以 很明显的看出，波形并不随内插法的改变而改变，也就是说，内插处理实际上在 A转换过 D程中就开始进行了，寄存器中所保存的是经过内插后得到的数据。通过本实验

我们了解到，数字示波器在采样过程中，就已经在进行相应的内插处理了，客观上相当于在采样前端增加了一个前置滤波器，该滤波器的特性是受内插处理方法的设定来控制的，换句话说，数字存储示波器所记录的信号是经过一个“滤波器”后的波形，因而，该“滤波器”

图33线性内插采集到的波形 .

设定的正确与否或滤波效果，将直接影

响测试结果。所以，选择数字示波器时，

图3转成正内后波 .换弦插的形 4

不应仅看到采样率与带宽，还应该在实际测量中进行比较，检查该滤波器 (内筹法)处理的是否准确。

实验二：多高采样率才能满足要求 从实验一司看出：5 倍采样率时 (O/G,利用线性内插获得的波形畸变非常严重。 l 2) G

一 1一 6

数字示波器的波形测量方法

而在脉冲方式时，应尽量使用线性内插来进行波形的还原显示，那么，多高采样率满足才能要求？

当采用两种内插方式时，示波器的采样速率与信号的最高频率之间存在怎样的

关系？ 由上述实验可以看出，在采用正弦内插法

时，要求的采样速率不是很高。在线性内插法时，示波器的采样速率是信号的最高频率的5倍时，显然不能真实反映信号特征，那么示波器的采样速率为多大时，能够使信号在允许的误差范围内呢？

实验设置： 分别利用数字示波器在采样率大于被测信号的频率的5倍，1 0倍，

5三方时波情进比。图.;采速为号率。 0种式卜的形况行较倍 3波的样率信频的倍 5示 g实验数据：图 35 . 37 -图 .均是采用线 v内插法测得的结果，图35 i .是示波器的采样速率为信号频率的 5倍；图3s .是示波器

的采样速率为信号频率的 1 0倍：图 3 7是 .

示波器的采样速率为信号频率的 5 0倍时的寸况占

实验结论：从图35 . .的测量数一图3了据可以看出，在采用线性内抽法时，当示波器的采样速率为信号频率的5倍时，波形畸变严重，无法看出波形的实际情况；当示波器的采样速率为信号频率的 1倍时， 0图 36: . j .波器的采样速率为信号频今的 1倍 0

基本可反映真实的波形，只是在波形峰值

处有畸变；当示波器的采样速率为信号频率的5倍时、可反映出信号的真实情况 0

4、结论及意义值得注意的是：为了 准确地再现信号图3示器采速率信频的5倍 .波的样为号率 0了

— 1— 7

数字示波器的波形测量方法

开避免混淆，奈奎斯特判据规定，对信号进行采样的速率必须不小于该信号最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限长时间和连续的周期信号。没有示波器可以由于提

供无限的记度，时间录长而且，从定义上低频干看，扰是不连续的，,用两倍于所以采最高频率成分的速率通不采样常是够的。上验可以：由述实看出信号的准确再取决于采样速现其率和信号采样点间连接所采用的内插法。在使用正弦内插法时，准确再为了现信号，示波器的采样速率至少为信号最高频率成分的25使用线性内 .倍。插法时，示波器的采样速率应至少是信号最高频率成分的 1倍。 0

上述实验表明，插法对信号的影响是很大的。 内首先，应考虑该示波器所用于测量的具

体信号对内插法的要求，此为依据来推算出以所需的最高采样率，从而为选购示波器提供依据。

参考文献

T S 4B T S8 B T S 8 A g tzn O c lo cp S r ie n a D6 4, 6 4& D 7 4 D ii ig i lso e e v c M u l D i s a T S 4B T S8 B TS 8 A g t zn O c lo cp U e M na D6 4, 6 4& D 7 4 D i i ig ilso e sr u l D i s a

作者石莉

17年 9月出生 90

程师

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新高等教育数字示波器的波形测量方法全文阅读和word下载服务。