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示波器测试结果受五大因素影响

作者:广东泰测电子有限公司 浏览: 发表时间:2022-03-28 09:15:23

随着电力电子技术的快速发展,低功耗设备的广泛应用和更严格的行业标准约束,越来越重视仪器测试的准确性,开始对市场上示波器范围测试的分辨率和准确性不满意。

接下来,泰测电子将分享影响示波器测试精度的五个因素。

提高测试精度的理想方法是提高示波器的ADC位数。然而,由于ADC采样率和垂直分辨率性能的相互限制,市场上常见的示波器使用8bitADC。从另一个角度来看,理论上,它充满了垂直动态范围。分辨率为垂直范围/256(2^8)。如果使用12bitADC,则分辨率为垂直范围/4096(2^12)。显然,高比特的ADC可以大大提高测试精度。

现在工程师们面临着许多小信号测试的挑战。如果你是一名电源设计工程师,纹波测试非常重要。在过去,纹波电压从几十到100多毫V到目前只有十几毫V,甚至许多笔记本电脑和手机上的小到几毫V。这对测试中使用的示波器的分辨率提出了严峻的挑战。泰克新一代示波器的硬件12bitADC很容易解决小信号的测试问题。

还有一个叠加在大信号上的小信号测试。为了测试完整的信号,您需要选择一个较大的范围,但为了确保可以测试小信号的变化,如何准确测试?归根结底,它仍然是测试示波器垂直分辨率的指标。请参考下图,以清楚地显示测试效果的比较。

示波器

不同位数的ADC示波器测试小信号比较。

示波器前端放大器。

示波器信号接入的***部分是前端放大器,它非常重要。前端放大器是专门为小信号测试而设计的,可以使测试设备得到更广泛的应用。然而,前端放大器在放大有用信号时也会放大噪声。理想情况下,选择噪声系数较小的前置放大器。示波器检测到的***小信号也主要取决于前置放大器的噪声。

泰克新一代示波器提高了前端放大器的硬件性能,本底噪声降低了30%,从而提高了小信号的测试精度。详情请参考下图:

示波器

泰克新MDO3系示波器与传统示波器本底噪声对比。

示波器采集模式。

在泰克示波器中,采集模式一词是指波形数据的原始表示,通常是8位分辨率。所有后续处理操作(显示、自动测量、光标、数学和应用程序)都是基于采集模式定义的信号数据表示。大多数示波器中默认的采集模式是采样模式。这是***简单的采集模式。在此模式下,普通示波器用8位量值表示波形上的每个点,选择的采样率(直到***采样率)。

在测量低压小信号时,有两种收集模式非常重要,这取决于波形的可重复性,因为它们可以用来提高测量分辨率:平均模式和Hires模式。以下是这两种模式的详细介绍。

①平均模式。平均模式是示波器采集系统中基本的降噪信号处理技术之一。采集的数据点通过使用两次或两次以上的数据逐点平均形成输出波形。平均模式提高了信噪比,降低了与触发无关的噪声,提高了垂直分辨率,可以更容易地观察信号。

②高分辨率模式。

Hires模式计算并显示每个采样间隔中所有顺序样点的平均值。该模式提供了一种利用采样获取与波形相关的进一步信息的方法。在Hires模式下,通过获取进一步的水平采样信息,可以提供更高的垂直分辨率,降低带宽和噪声。Hires处理在定制硬件中完成,以***限度地提高速度。Hires模式比平均模式的一个关键优势是,Hires模式甚至可以用于单次采集。

普源示波器

为实现***分辨率和噪声性能,应优化所有采集阶段。

示波器的采样率。

对于今天的嵌入式系统调试,混合信号已经非常普遍。近年来,数字信号的速度越来越快,工程师对数字信号处理能力的要求也越来越高。许多工程师正在努力购买一个特殊的逻辑分析仪来处理高速数字信号。这里有一个问题,市场上的许多示波器都被称为混合信号示波器MSO,为什么不能使用这种仪器来处理数字信号呢?

让我们确认这个问题。目前,市场上的MSO确实具有数字信号处理能力。它可以选择16路数字信号采集,并具有一定的分析功能。然而,经过仔细确认,发现其数字信号采样能力有很大的限制。一般来说,如果模拟通道的采样率为5gs/s,则数字通道的采样率仅为200ms/s,市场上***的数字采样率为500ms/s。众所周知,采样率对信号恢复的重要性,特别是偶尔异常信号捕获的重要性。因此,对于目前市场上的MSO系列混合信号示波器,将对测试结果产生怀疑。

普源示波器

不同的采样率还原和比较数字信号的细节。

从上图可以看出,对于越来越快的数字信号调试,需要更高的采样率来捕获数字信号的细节。如果采样率不够,信号的细节将丢失,甚至完全错误的信息将显示在图5中。


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