如何选择一个示波器-专题三

2015-05-15 10:13:47   来源:ednchina   

关键字: 示波器  存储器  远程控制

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,Pico 6403D允许FFT的长度达到1,048,576个采样点。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0515/article_11785.html
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