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趨勢和跟蹤:介紹兩個(gè)實(shí)用的示波器診斷工具

發(fā)布時(shí)間:2018-04-03 來源:Arthur Pini 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】示波器的跟蹤(track)和趨勢(trend)特性添加了兩個(gè)數(shù)學(xué)測量功能,可用于深入了解測量數(shù)據(jù)的意義。這兩個(gè)功能可以讓示波器執(zhí)行如下任務(wù):數(shù)據(jù)記錄、探測測量值之間的函數(shù)關(guān)系、識(shí)別出長數(shù)據(jù)記錄中的異常情況,甚至可以解調(diào)角度調(diào)制或脈寬調(diào)制信號。
 
示波器的跟蹤(track)和趨勢(trend)特性添加了兩個(gè)數(shù)學(xué)測量功能,可用于深入了解測量數(shù)據(jù)的意義。趨勢是所測量參數(shù)的數(shù)值順序展示圖,以測量事件數(shù)作為水平方向的數(shù)值。跟蹤是測量參數(shù)值與時(shí)間的關(guān)系圖。這兩個(gè)功能可以讓示波器執(zhí)行如下任務(wù):數(shù)據(jù)記錄、探測測量值之間的函數(shù)關(guān)系、識(shí)別長數(shù)據(jù)記錄中的異常情況,甚至可以解調(diào)角度調(diào)制或脈寬調(diào)制信號。
 
無論趨勢還是跟蹤都基于示波器的測量參數(shù),大多數(shù)示波器都可以提供約25個(gè)測量參數(shù),其中包括頻率、幅值,以及升/降時(shí)間。示波器持續(xù)跟蹤這些測量值并使用它們來顯示參數(shù)值的統(tǒng)計(jì)信息,當(dāng)然也可以將這些數(shù)值繪制為趨勢和/或跟蹤圖。
 
圖1是如何使用趨勢或跟蹤功能的示例。所獲取的跡線(trace,上部網(wǎng)格中黃色所示)是脈寬調(diào)制(PWM)信號。參數(shù)P1逐周期測量所采集波形上的脈寬。參數(shù)統(tǒng)計(jì)包括脈寬最小值(2.698ns)和最大值(49.3ns)脈寬,以及所有測量值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。采集的波形有100個(gè)周期(100k采樣),每個(gè)周期的脈寬都記錄在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)告中。
 
底部跡線(藍(lán)色)是脈寬測量的趨勢。它包含這100個(gè)脈寬測量值,按照被測順序排列。跡線上的每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)值。趨勢圖中值的數(shù)量通常是用戶可選的,一般以1-2-5的級數(shù)來衡量,從2到1,000,000可選。此例中,趨勢圖和源波形是同步的,因?yàn)?00個(gè)值的趨勢圖長度恰與源波形的周期數(shù)匹配,但情況并非總是如此。
 
趨勢和跟蹤:介紹兩個(gè)實(shí)用的示波器診斷工具
圖1:源自脈寬調(diào)制波形的脈寬趨勢和跟蹤。
 
中心跡線(橙色)是脈寬的跟蹤。該波形包含與采集波形相同的100k個(gè)點(diǎn)。對每個(gè)測量值進(jìn)行升采樣(upsampled,即加大采樣率)以匹配源波形每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。跟蹤圖始終與源波形同步。
 
由于跟蹤功能具有時(shí)間同步特性,因此可以使用它來解調(diào)PWM波形信號。通過跟蹤參數(shù)頻率,也可以使用它來解調(diào)調(diào)頻(FM)或調(diào)相(PM)信號。
 
數(shù)據(jù)記錄
 
趨勢功能非常適合數(shù)據(jù)記錄。我們來看看圖2中的測量數(shù)據(jù)。
 
趨勢和跟蹤:介紹兩個(gè)實(shí)用的示波器診斷工具
圖2:數(shù)據(jù)記錄示例記錄了RMS線電壓和室溫的變化。觸發(fā)遲滯(hold-off)用于每隔5秒讀一次數(shù)。
 
頂部跡線是RMS線電壓的趨勢。觸發(fā)遲滯用于在每次測量之間插入5s延遲。頂部往下數(shù)的第二條跡線是熱電偶輸出趨勢。數(shù)學(xué)跡線F4(頂部往下數(shù)的第三條跡線)對熱電偶輸出進(jìn)行濾波,并重新以攝氏度進(jìn)行數(shù)值標(biāo)度。整個(gè)圖中記錄了2000次測量,每次間隔5秒,時(shí)長2.7小時(shí)。
 
當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)開啟時(shí),線電壓下降,然后溫度稍微下降。整個(gè)過程呈現(xiàn)周期性變化。這可通過交叉關(guān)聯(lián)原始趨勢波形進(jìn)行驗(yàn)證,在底部跡線中有顯示。在相關(guān)功能中清楚地顯示出周期性,大約每252次測量或每20分鐘循環(huán)一次。
 
使用跟蹤進(jìn)行解調(diào)
 
在某些應(yīng)用中,解調(diào)角度調(diào)制信號很有幫助。例如,在測量鎖相環(huán)(PLL)的頻率響應(yīng)時(shí),可以使用跟蹤功能查看PLL輸入和輸出處的相位變化。圖3顯示了PLL頻率響應(yīng)測量。
 
趨勢和跟蹤:介紹兩個(gè)實(shí)用的示波器診斷工具
圖3:使用時(shí)間間隔誤差跟蹤來解調(diào)相位調(diào)制輸入并輸出到PLL。
 
任何器件的頻率響應(yīng)都可以通過使用階躍函數(shù)激勵(lì)來測量,差分該階躍響應(yīng)并對該響應(yīng)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)。在圖3中,左上方的跡線是PLL輸入:66.67MHz的正弦波,在波形的中點(diǎn)有一個(gè)2弧度的相位階躍。測量參數(shù)P1測量的是波形的時(shí)間間隔誤差(TIE)。TIE測量波形邊沿或閾值交叉點(diǎn)的測量位置與該邊緣的理想位置之間的時(shí)差。TIE本質(zhì)上是信號的瞬時(shí)相位。圖3左側(cè)頂部往下數(shù)的第二條跡線顯示了PLL輸入的TIE跟蹤。TIE跟蹤解調(diào)了相位調(diào)制輸入。輸入波形中心的相位階躍顯而易見。
 
右上方的跡線是PLL的輸出。測量PLL輸出的TIE并使用跟蹤來解調(diào)相位,可以看到PLL對相位階躍的影響。請參見圖3右側(cè)頂部往下數(shù)的第二條跡線。跟蹤功能可以查看PLL輸入和輸出的相位變化,提供了源跡線中不明顯的相位變化的視圖,這很重要,因?yàn)镻LL是相位敏感器件。
 
通常使用脈沖函數(shù)作為輸入信號來測量信號的頻率響應(yīng)。差分該階躍響應(yīng)產(chǎn)生脈沖響應(yīng)。第三組跡線分別顯示了解調(diào)的PLL輸入和輸出信號,分別在圖3的左側(cè)和右側(cè)。
 
圖3中左下方的跡線顯示了PLL的脈沖響應(yīng)FFT。請注意,這是個(gè)基本平坦的響應(yīng)。在右下方的跡線中,PLL輸出脈沖響應(yīng)FFT顯示了PLL的頻率響應(yīng)。從技術(shù)上講,頻率響應(yīng)是輸出與輸入FFT的復(fù)數(shù)比,但由于輸入在頻譜上是平坦的,輸出頻譜接近PLL的頻率響應(yīng)。
 
趨勢還是跟蹤?
 
趨勢是數(shù)據(jù)記錄的不二之選。趨勢跡線僅包含每個(gè)測量值的一個(gè)點(diǎn),因此存儲(chǔ)效率很高。如果需要執(zhí)行時(shí)間相關(guān)的操作(例如FFT或?qū)E線的濾波),跟蹤是必需的。若擬將異常測量讀數(shù)追溯回源跡線,跟蹤也很有用,因?yàn)楦櫯c源跡線保持時(shí)間同步。跟蹤完成這一工作的代價(jià)是在該函數(shù)中使用更多采樣。
 
趨勢和跟蹤功能可讓你查看單個(gè)參數(shù)測量的歷史記錄。通過對波形進(jìn)行一系列測量,可以使用示波器的數(shù)學(xué)和分析工具來深入了解關(guān)于被測過程的信息,從而可以大大縮短故障排除和調(diào)試時(shí)間。
 
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。


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