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如何选择示波器-专题三

eefocus ·2020-08-31 00:00·电子工程世界
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该系列我们将来讨论PicoScope示波器的软件特征,例如,远程控制、FFT、数字解码和缓存大小等。


前两个系列,我介绍了PC示波器和台式之间的区别,探头的物理特性和示波器的核心参数,如模拟带宽、采样率和ADC分辨率等特性。本系列将介绍示波器的其他特征:外部触发和时钟同步,并且我会总结一下所有我讲过的东西。


一、储存深度

数字示波器通过ADC转换器将模拟信号转换成数字信号,然后将其存储在存储器中,所以示波器的一个重要特征就是它能够储存多少样本,即缓存深度。这个参数在高速采样率下尤为重要---例如,在采样率5GS/s时,一百万个样本(1MS)意味着能够存储200μs的数据。一般情况下,一台低价位的示波器只有很小的缓存空间。在网上你可以看到一款这样的示波器Hantek DSO5202P,采样率1GS/s 的采样率,但是只卖400美元,因为它的记录长度只有24KS而已,即只能记录24μs的数据。你也可以发现缓存更小的示波器,例如一款型号为Agilent TDS2000C的示波器就只有2.5K的缓存深度。如果你只关注触发信号,那你可以选用更小缓存的示波器。但是,当用触发也无法捕捉到一些特殊故障时,你可能就需要一个大的缓存来捕捉长时间连续信号,以便于从中查找故障。小的缓存意味着在你很难去获得你想要的信号。


即是一些示波器声称大缓存,但是实际上,我们想要获得全部的缓存也是有困难的。PS6403D示波器是PicoTech的其中一款1GS缓存的示波器,在配套的软件上可以设置示波器的所有参数,但是该软件实际上的将驱动缓存限制在500MS左右。然而我不得不承认这真的是非常让人印象深刻的,直到存储器存满之前,一直能够保持5GS/s的采样速度,就算它建议的存储器带宽是40Gb/s!。借助于分段存储器(这个将来会介绍)我们可以用到全部的缓存,但是它不能用来捕捉一个连续的1GS大小的数据长度。


二、FFT长度

示波器的广告总会在间接地提到它们有“频谱分析仪”的功能。事实上,示波器只是对采集到的信号进行了FFT变换。一个明显的区别是频谱分析仪有一个“中心频率”,你可以在中心频率的任意一侧测量实际带宽。通过扫描中心频率,你可以得到频域中一个非常大范围内功率图表。


示波器的FFT的模式,没有什么类似于中心频率的东西。它测量从0Hz到某个特定的频率(这个上限频率往往是可以调节的)。这个限制往往是示波器的采样频率的一半,但是也会受示波器的模拟带宽的限制。示波器的频谱分析中有一个参数“FFT长度”,表示多少采样点被用来计算FFT。这个参数也可以用图表中 “bins”的数量(例如水平频率分辨率)表示。有些的台式示波器也许会有一个固定的FFT长度,例如只有2048个FFT长度。这个可以看得到0-100MHz 的所有频率,但是如果你想要放大观测95-98MHz这个范围频谱该怎么办呢?因为示波器实际上是从0Hz开始计算FFT,所以这个范围只能显示大约60个采样点的频谱。这就是为什么我们需要非常长的FFT长度—它允许您放大信号并观测局部信号频谱细节。你可以降低示波器的采样率,放大观测0Hz附近的频谱。当然,如果你想要精确的测量1-10kHz范围的频谱时,设置合适的采样率,让2048个采样点分布在0~20kHz附近,当你放大波形的时候你也可以得到正确的细节。这种情况下,2048个FFT长度也是没有问题的。


另外,为了提高水平方向的细节,更长的FFT长度可以降低噪声。如果你想要把示波器来进行频谱分析,那么更长的FFT长度将助你一臂之力。就像在图1中显示的那样,是用控制板的磁性探头来进行FFT。在这里我放大了频谱的一部分,左边是2048个点的,右边有131072个点。

图1不同FFT长度的频谱分析对比图


选择示波器时需要注意:低端小缓存示波器往往有很短的FFT长度。当然也有一些深度缓存示波器,它们却拥有很短的FFT长度,例如Rigol DS2000DS4000DS6000,从这些型号的规格书中看出,虽然他们有131MS的缓存深度,它们只用了2048个采样点。相比之下,PC示波器是比较好的,因为它们可以在更加高性能的PC上做FFT分析,而不是仅仅局限于DSP处理器或者是一个FPGA处理器。比如说,Pico6403D允许FFT的长度达到1,048,576个采样点。


三、段存储器

我认为示波器必须具备的一个功能就是段存储器。这就意味着你可以设定一个触发事件,连续采集多个的波形。对于一些偶发性毛刺,段存储器可以帮助您更快的找到它。


图2中显示的是PicoScope软件上的段存储器查看器,可以设置高达10,000存储段,同样Rigol DS4000和DS6000中也有该功能,它们称之为“帧”,最高记录200,000帧。一旦捕捉了一定数量的数据段/帧,你可以手动查看各个缓存,从中查找错误,或者用一些其他的功能,例如遮罩测试高亮显示各个帧/存储段中的异常数据。

图2  段存储器显示窗口


有些示波器会把段存储器作为一个插件,例如,安捷伦示波器中除了3000X系列默认有段存储器的功能外,其他系列的示波器默认的没有这个功能,除非花钱额外购买段存储器插件。


四、远程控制和流模式

一个更先进的方法是用电脑来控制示波器。如果你想要把示波器用在电子产品的故障检测中,那你就需要详细了解一下示波器提供的各种功能。


PC示波器在这方面就有很大的优势,因为它本身就是用来和电脑交互的。似乎大多数主流的PC示波器供应商都提供各种语言下编程接口(API):我发现大部分PC示波器都提供了C, C#, C++, MATLAB, Python, LabVIEW和Delphi开发例程。一些不出名的PC示波器是没有API函数的,所以你要仔细核对待购买的设备是否具有该功能。


大部分的台式示波器也有发送命令的功能,一般都会遵循一些的标准,例如VISA标准。但是,我发现这些台式示波器似乎都有一个比PC示波器更慢的接口。也许是因为,对PC示波器来说,与PC接口的是一个至关重要的功能,而台式示波器只是作为一个附加的功能。当然,这说法也不是百分之百成立的,比如说一款Teledyne LeCroy的示波器,它似乎可以提供给你一些类似于PC示波器的功能(如多重窗口)。


除了控制示波器,另一个让人感兴趣的功能是流模式。流模式的数据是不经过示波器的缓存,而是直接地通过USB接口或以太网等PC接口传输到电脑上。与简单通过命令来控制示波器相比,这个功能更加复杂,因为想要通过USB获取更快的数据流绝非易事。但是,流模式却带来了更多有趣的特性,例如,你可以把你的示波器当作软件定义的无线电(SDR)的一部分。如果你真的想用流模式,请务必要仔细地阅读说明书上关于流模式的限制的说明。


五、串行解码

串行解码是另一个非常有用的功能。如果你有一台数字逻辑分析仪,那么它一般都会包括串行解码的功能。但是,在示波器中,这个功能也是非常有用的。如果你要查找一个偶发的奇偶校验错误,可以用示波器上的模拟显示来观察这个错误,看看是由于信号弱导致的还是因为噪声引起的。


虽然很多示波器都带有这样的功能,但是很多是要求你另外购买的。一般情况下, PC示波器包含该功能且不需要额外付费,而台式示波器会要求你另外付费。比如,在DS4000系列中,它要500美元,在安捷伦3000X系列中,要800美元,在泰克的3000系列中,需要1100美元。根据不同的供应商,它可能包括多个协议或者只是包括一个协议。但是如果你想要所有的协议,它的费用可能比示波器本身还要贵。一般情况下,购买一个PC逻辑分析仪会比购买一个示波器软件包还便宜。


我选择PC示波器的另一个主要原因就是额外的功能不需要额外的费用!不用串行解码时,你也可以观察信号,看看是否有噪声。有了内置解码功能,你可以很快地辨别出错误发生的位置。我录制了一些串行解码的例子,点击链接进入


https://v.youku.com/v_show/id_XODQ0Mzc2MjM2.html


六、软件特征

我已经好几次在前面提到,你应该检查一下软件真正包括了哪些功能。你也许会惊讶地发现一些需要付费的功能—例如,有时甚至FFT的模式或是高级数学通道的功能都是需要额外付费的。


我们常常希望能够以一个合理的价格购买示波器的所有功能。在我之前也提过,安捷伦最近就声称他们将会在一个价格里面包括所有的功能。一旦这个实现了,那么就意味着只要500到1500美元就可以买到所有协议的解码功能和所有的计算功能。庆幸的是,其他的供应商将会跟随着这个,也许最后会在购买价格里面包括这些功能。


如果您正在考虑购买PC示波器,即是没有示波器硬件,你也可以到PicoTech的官网上免费下载和试用软件,这可以让你体验一下PicoScope软件的用户接口有多么方便。一般情况下,你都是需要考虑多长时间能够学会使用示波器的各种操作。


七、总结

这一次,我介绍了很多功能,包括用软件来运行示波器。下一次我将会深入探讨一下示波器其他的功能,比如外部触发和时钟同步,这些会让整个专题看起来更加完善。


关键字: 示波器 储存深度 FFT长度 编辑:什么鱼 引用地址: http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic508317.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
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