現(xiàn)代示波器和數(shù)字化儀越來越好。更高的帶寬、更好的垂直分辨率和更長的采集內(nèi)存。更不用說用于特定應(yīng)用程序測量的更多固件工具。有了所有這些分析功能，有時(shí)很難記住一些非常古老和簡單的規(guī)則，這些規(guī)則可以提高測量的準(zhǔn)確度和度。這里有一些好主意可以提供幫助。
    使用儀器前端的完整動態(tài)范圍
    數(shù)字儀器將其輸入信號饋送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。ADC 的動態(tài)范圍與其分辨率的位數(shù)有關(guān)。該儀器使用衰減器或放大器將輸入信號與 ADC 輸入電壓范圍相匹配。如果 ADC 的輸入小于其輸入范圍，它會降低 ADC 的總動態(tài)范圍。當(dāng)用戶在屏幕上設(shè)置多條軌跡時(shí)，就會發(fā)生這種情況。
    一些示波器和數(shù)字化儀顯示軟件只提供一個顯示網(wǎng)格。如果您嘗試在全動態(tài)范圍內(nèi)顯示多個信號跡線，信號會重疊，從而難以查看。大多數(shù)面臨這個問題的人都會減少每個通道的垂直縮放。如果您有四條跡線，只需將伏特每格設(shè)置增加四倍即可?，F(xiàn)在每條跡線只占屏幕的四分之一，所有四條跡線都適合屏幕，沒有重疊。問題解決了？并不真地。你只是將動態(tài)范圍減少了兩位，你就把你的八位示波器變成了六位示波器。你衰減了信號，但儀器的內(nèi)部噪聲是一樣的，信噪比現(xiàn)在差了兩位。圖 1 顯示了動態(tài)范圍損失的影響。

  

    圖 1 為在單個網(wǎng)格上安裝多條跡線而降低信號幅度導(dǎo)致信噪比降低的示例。
    底部網(wǎng)格顯示以 50mV/格采集的原始信號。頂部跡線顯示在四分之一全屏或 200mV/格處采集的跡線。如果您垂直擴(kuò)展衰減跡線并以原始 50mV/格顯示它，垂直噪聲會顯著增加，您可以從顯示的跡線變粗中看出這一點(diǎn)。由于較差的信噪比，在衰減軌跡上進(jìn)行的測量會增加不確定性。對于具有多個網(wǎng)格顯示的示波器或數(shù)字化儀來說，這不是問題，每個網(wǎng)格都以全動態(tài)范圍顯示信號，并且可以比較多個信號，每個信號都在自己的網(wǎng)格中。如果您無法使用多網(wǎng)格示波器，請確保對全幅度信號進(jìn)行任何測量，
    通過消除噪聲提高動態(tài)范圍和測量精度
    使用平均或?yàn)V波形式的信號處理來降低噪聲，提高動態(tài)范圍和測量精度。整體平均，其中每次采集的第 n個樣本在多次采集中一起平均，減少了與平均信號數(shù)量的平方根成比例的高斯噪聲。這可以從背景噪聲中提取低電平信號，以實(shí)現(xiàn)更好的測量。它確實(shí)需要多次收購。
    對于單次采集，您可以通過限制信號帶寬來降低噪聲。動態(tài)范圍的改善與帶寬減少的平方根成正比。將帶寬減少四分之一，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)范圍的二比一改進(jìn)。這假設(shè)信號具有低帶寬并且不受帶寬減少的影響。圖 2 顯示了使用平均或過濾可以實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)。

    

    圖 2 平均多個采集或過濾單個采集可以通過消除噪聲來改善采集的動態(tài)范圍。
    獲取的信號是指數(shù)衰減的正弦波。頂部跡線顯示原始采集。請注意，信號在屏幕四分之三處消失在噪聲中。中心跡線顯示多次采集的平均值。在底部軌跡中，高斯低通濾波器已應(yīng)用于采集的信號。平均和濾波都可以降低噪聲并改善測量的動態(tài)范圍。經(jīng)過任一類型的信號處理后，信號都清晰可辨。
    提高光標(biāo)測量的準(zhǔn)確性
    光標(biāo)是垂直和/或水平線，可以在示波器或數(shù)字化儀顯示屏上移動，以標(biāo)記波形上的重要點(diǎn)。光標(biāo)讀數(shù)顯示光標(biāo)位置處波形的時(shí)間或幅度，如圖 3 所示。波形是鍵控 RF 載波，水平相對光標(biāo)用于測量 RF 突發(fā)的寬度。這是儀器的自動測量參數(shù)無法進(jìn)行的測量。光標(biāo)水平讀數(shù)顯示在時(shí)基注釋框下方的右下角，讀數(shù)為 8.06275 s。

   

    圖 3 水平相對光標(biāo)用于測量 RF 脈沖串的持續(xù)時(shí)間。
    那真的是爆發(fā)的持續(xù)時(shí)間嗎？答案是不。該波形在采集中有 200 萬個樣本。水平屏幕分辨率為 1920 像素。因此，很明顯并非所有示例都顯示在屏幕上。儀器制造商應(yīng)用壓縮算法來減少顯示點(diǎn)的數(shù)量。他們設(shè)法顯示了像峰值這樣的重要點(diǎn)，但除非你擴(kuò)大顯示，否則還有很多你看不到的點(diǎn)。
    進(jìn)行此測量的一種更準(zhǔn)確的方法是使用縮放跡線在 RF 突發(fā)的開始和結(jié)束處水平擴(kuò)展波形，如圖 4 所示。

   

    圖 4 使用縮放軌跡在突發(fā)的個和一個采樣點(diǎn)處更準(zhǔn)確地放置光標(biāo)。
    縮放軌跡 Z1 和 Z2 水平擴(kuò)展突發(fā)的開始和結(jié)束?？s放軌跡中的樣本計(jì)數(shù)小于屏幕分辨率，因此不使用壓縮算法。光標(biāo)跟蹤獲取的信號和縮放軌跡?？s放跡線 Z1（黃色跡線）上的光標(biāo)標(biāo)記從零交叉開始的 RF 脈沖串的開始?？s放軌跡 Z2（紅色軌跡）上的光標(biāo)標(biāo)記了脈沖串的結(jié)束。光標(biāo)水平讀數(shù)顯示突發(fā)長度為 8.33295 毫秒，這是一個更準(zhǔn)確的結(jié)果。
    內(nèi)置測量參數(shù)
    示波器和數(shù)字化儀支持軟件提供內(nèi)置測量參數(shù)。大多數(shù)示波器包括大約二十個或更多的常用測量參數(shù)，例如幅度、頻率、上升時(shí)間和下降時(shí)間等等。特定于應(yīng)用程序的軟件包可以將可用參數(shù)的數(shù)量增加到一百多個。標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)測量通?；?IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 181，該標(biāo)準(zhǔn)采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)對脈沖波形進(jìn)行測量，如圖 5 所示。

    

    圖 5 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 181 將脈沖測量參數(shù)基于對測量脈沖的頂部和底部值的統(tǒng)計(jì)確定。
    脈沖頂部和底部的幅度值通過形成波形采集樣本的直方圖來確定，這顯示為屏幕右側(cè)的插圖。方波或脈沖波形將具有帶有兩個不同峰值的直方圖。上直方圖峰值的平均值或平均值稱為“頂部”。較低值峰值的平均值稱為波形的“基值”。使用許多脈沖測量的統(tǒng)計(jì)平均值可以抑制噪聲、過沖和振鈴等波形畸變的影響。脈沖幅度是頂部和底部之間的差異。波形的值減去頂部就是正過沖。同樣，波形值與基數(shù)之差就是負(fù)過沖。脈沖寬度是跨越中間振幅或頂部和底部之間的中值的前沿和后沿之間的時(shí)間差。波形的峰峰值是振幅和振幅之間的差值。轉(zhuǎn)換時(shí)間測量，如上升時(shí)間和下降時(shí)間，測量從脈沖幅度的 90% 轉(zhuǎn)換到 10% 的時(shí)間。如果波形不是脈沖，測量引擎會看到，因?yàn)椴ㄐ沃狈綀D多于或少于定義脈沖的兩個峰值。在這種情況下，振幅測量恢復(fù)為峰峰值測量，并使用參數(shù)讀數(shù)下方的測量狀態(tài)圖標(biāo)指示波形不是脈沖這一事實(shí)。波形的峰峰值是振幅和振幅之間的差值。轉(zhuǎn)換時(shí)間測量，如上升時(shí)間和下降時(shí)間，測量從脈沖幅度的 90% 轉(zhuǎn)換到 10% 的時(shí)間。如果波形不是脈沖，測量引擎會看到，因?yàn)椴ㄐ沃狈綀D多于或少于定義脈沖的兩個峰值。在這種情況下，振幅測量恢復(fù)為峰峰值測量，并使用參數(shù)讀數(shù)下方的測量狀態(tài)圖標(biāo)指示波形不是脈沖這一事實(shí)。波形的峰峰值是振幅和振幅之間的差值。轉(zhuǎn)換時(shí)間測量，如上升時(shí)間和下降時(shí)間，測量從脈沖幅度的 90% 轉(zhuǎn)換到 10% 的時(shí)間。如果波形不是脈沖，測量引擎會看到，因?yàn)椴ㄐ沃狈綀D多于或少于定義脈沖的兩個峰值。在這種情況下，振幅測量恢復(fù)為峰峰值測量，并使用參數(shù)讀數(shù)下方的測量狀態(tài)圖標(biāo)指示波形不是脈沖這一事實(shí)。測量引擎看到，因?yàn)椴ㄐ沃狈綀D比定義脈沖的兩個峰值多或少。在這種情況下，振幅測量恢復(fù)為峰峰值測量，并使用參數(shù)讀數(shù)下方的測量狀態(tài)圖標(biāo)指示波形不是脈沖這一事實(shí)。測量引擎看到，因?yàn)椴ㄐ沃狈綀D比定義脈沖的兩個峰值多或少。在這種情況下，振幅測量恢復(fù)為峰峰值測量，并使用參數(shù)讀數(shù)下方的測量狀態(tài)圖標(biāo)指示波形不是脈沖這一事實(shí)。
    在幾乎所有情況下，使用測量參數(shù)進(jìn)行的測量都比使用光標(biāo)進(jìn)行的測量準(zhǔn)確得多。它們也可以自動生成，從而節(jié)省了大量時(shí)間。
    測量統(tǒng)計(jì)
    儀器測量如何因測量而異？測量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)回答了這個問題。許多儀器包括統(tǒng)計(jì)以及基本測量參數(shù)，如圖 6 所示。

       圖 6 測量統(tǒng)計(jì)記錄了測量值在多次測量中的變化情況，顯示了一個值、平均值、值、值、標(biāo)準(zhǔn)差和總?cè)丝凇?/p>    一些示波器包括所有實(shí)例測量。與時(shí)間相關(guān)的測量，如頻率和寬度，為測量波形的每個周期一個值。如果屏幕上有 100 個信號周期，則測量引擎會為每次采集添加 100 個測量值。與幅度相關(guān)的測量每次采集僅添加一個值。您可以通過多次采集獲得大量測量值。測量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提供了非常有用的數(shù)據(jù)視圖。波形顯示下方的表格（以藍(lán)色框展開顯示）列出了采集中測量的一個值、所有采集值的平均值、集合的值和值、集合的標(biāo)準(zhǔn)偏差以及所有測量的總?cè)丝凇?br>    振幅測量統(tǒng)計(jì)中包含 11,873 個值。平均值或平均值為 237.5457 mV。的平均值比上一個值的分辨率更高，因?yàn)槠骄凳瞧骄?。正如我們在波形中看到的那樣，平均過程提高了測量的垂直分辨率，如果對多個測量進(jìn)行平均，也會發(fā)生同樣的事情，因此平均值中的有效數(shù)字更大。
    值為 241.5 mV，為值，值，值為 234.8mV。這些值可以幫助檢測采集期間發(fā)生的瞬態(tài)事件。其他工具可以繪制測量值與時(shí)間的關(guān)系圖，以查看瞬態(tài)事件何時(shí)發(fā)生，并將它們與可能的來源及時(shí)匹配。
    標(biāo)準(zhǔn)偏差描述了測量值關(guān)于平均值的分布，在本例中為 826 ?V。平均值和標(biāo)準(zhǔn)差有助于理解測量值的分布，就像圖標(biāo)直方圖一樣?？梢哉归_標(biāo)志性直方圖以查看全尺寸直方圖，以便使用其自己的直方圖測量集進(jìn)行更詳細(xì)的分析。所有這些測量工具都有助于理解特定測量的動態(tài)。對測量分布的了解使您能夠建立信號的測試限制。
    結(jié)論
    這些工具和技術(shù)有助于提高儀器的測量精度和可靠性?？梢詮闹圃焐痰木W(wǎng)絡(luò)研討會和應(yīng)用說明中了解其他技巧。您對儀器了解得越多，您的測量結(jié)果就會越準(zhǔn)確可靠。