交流参数定义
当今的大多数信号、电源电压和电流都是交流且非正弦的。区分它们的参数至关重要:
平均数或平均值:这是在一个周期或其倍数内测量的信号的算术平均值,它与其直流内容相同,对于纯交流信号为零。
均方根值:这是电压或电流的值,当施加到电阻器时,它相当于直流电压或电流,即它会导致相同的功耗:I rms = √(1/T ∫ i2 dt)。
峰值:这是信号从零到值的值。
峰峰值:这是信号从负值到正值的值。
波峰因数:这是峰值与有效值的比率。这是所有有效值测量仪器的一个重要参数,如果忽视,会导致严重误差。
测量仪器的类型
峰峰值显示仪器:示波器。
峰值响应仪器(真实峰值)
峰值响应仪器,校准正弦有效值。
平均响应仪器(真实平均值)
平均响应仪器,校准正弦有效值。
均方根读数仪器:这里用户必须注意它们是否测量“仅交流”或“真有效值”=“交流+直流”。大多数属于类;在这种情况下,用户必须分别测量“仅交流”和直流值,并使用熟悉的不相关信号公式计算真有效值:I 真有效值 = √ (IDC 2 + IrmsAC 2 )。
直流分量的测量可能并不像看起来那么微不足道:如果小的直流分量隐藏在大的交流信号中,直流仪器可能会显示出很大的误差。
陷阱:需要非正弦波形的校正因子。
波形重要的参数通常是有效值。虽然真有效值仪器将为其规格内的所有波形提供正确的数字,但不能期望所有其他类型的仪器都能做到这一点。大多数平均值和峰值响应类型都是(纯)正弦的校准有效值,它们将指示非正弦波形的错误数字!实际上,如果了解其功能原理及其校准并应用适当的校正因子,这 6 种类型中的任何一种都可以用于非正弦波形。拿起不熟悉的测量仪器是非常危险的,因为前面板很少告知它如何测量和校准!“校准有效值”实际上表明它不是真有效值仪器,这将被描述为“真有效值”。
表1:6种不同类型测量仪器上显示的8种常见电压或电流波形的校正系数及其4个主要参数
8种常见波形和6种仪器中的5种的功率无量纲修正系数;未列出真实均方根响应值,因为它们不需要校正因子
表2:8种常见波形和6种仪器中的5种的功率无量纲修正系数;未列出真实均方根响应值,因为它们不需要校正因子
表1列出了6种不同测量仪器显示的8种常见电压或电流波形的4个主要参数的校正系数,表2包含功率的校正系数。
如何使用 表 1:假设可用的交流电压表是平均响应型,校准正弦波的有效值,并且需要锯齿波的有效值。该表显示了读数必须乘以的正确转换系数 1.038。但是,如果首先在示波器上测量锯齿波并将值归因于 1.000,则真正的平均响应仪器将仅显示 0.25,因此校正系数为 4.000;换句话说,读数的错误率高达 400%。白噪声的值只是近似值,因为它们是用示波器测量的。
如何使用 表 2:如果使用列出的 5 种仪器中的任何一种测量电压和电流(对于真有效值仪器,该系数始终为 1),则功率将由电压和电流读数乘以表中无量纲修正系数。例如,如果使用平均响应仪器测量电阻器两端的锯齿波电压,校准正弦波的均方根,则电阻器中的功率由下式给出:P = V2 /R x 32/3π2 ..( x 1.081.)
如果电压和电流由不同响应的仪器测量,则功率将由下式给出: P = V x I x √ (FV x FI ) 其中 FV 是电压表的系数,FI 是电流表的系数。
这两个表都令人信服地(即使不是令人震惊)证明,只有用户知道测量仪器的工作原理、校准方法以及必须遵守哪些限制才能获得正确的结果,测量仪器才值得信赖。
规格、分辨率、精度
自从几十年前批带有数字显示的仪器(即数字电压表和计数器)问世以来,许多制造商无法抗拒通过大量数字来假装更高准确度的诱惑。客户确实倾向于更喜欢数字越高的仪器,因为它越准确。 0.01% 的仪器只需要 4 位数字,更多的数字不包含任何信息。仪器显示的数字不应多于其规格所允许的数字。精度决定了成本和价格,因为它需要昂贵的硬件,而软件无法替代。
将仪器称为“0.1% 仪器”已经具有误导性,因为每种仪器均由误差预算指定,在特定温度或狭窄范围内以及指定的预热期后有效。这基本上包括“读数误差”加上“满量程误差”、温度系数 (TC)、自上次校准系数以来经过的时间,以及对于交流仪器而言,频率相关误差。
陷阱:除了真有效值仪器外,交流精度仅能保证纯正弦波,这在实践中极为罕见。通常,大多数错误还取决于所使用的范围。如果将所有误差贡献加起来,可靠预期的准确度可能比宣传的要低一个数量级!规格技术是由测量仪器和半导体行业发明的。陷阱:均方根仪器仅在其波峰因数 = 峰值/均方根规格不超过时才显示正确的结果。典型的测量是脉冲串的均方根值,例如 SMPS 中的脉冲串。波峰因数为 4 意味着仪器的动态范围是所选范围满量程 (fs) 值的 4 倍。实际上,这意味着 rms 值可能接近某个范围的 fs 值,但只有当峰值保持在 fs 值的 4 倍以下时,它才是正确的。如果峰值较高,它们将被切断,并且有效值将不准确。这意味着可用波峰因数朝着范围的低端增加。快速测试:将仪器降档,如果数值发生变化,则次测量是错误的。一些仪器显示波峰因数。
模拟/数字仪器、数字化
模拟/数字仪器家族很大,只能涵盖几个选定的主题。模拟/数字仪器将电压或电流数字化,并在多位显示屏上显示结果。它们可以分为 3 类:
测量信号平均值(即直流分量)的积分转换器。
瞬时转换器,对象只是参数的测量,那么欠采样是可能的,例如数字电压表或功率分析仪。
瞬时转换器,目标是信号的重建,这适用于 DSO。
为了测量峰值、峰峰值、有效值和导出参数,在大多数仪器中,所有输入都被数字化,并且在数字域中执行计算,成本较低,并且数据可用于进一步处理。对于交流,需要快速瞬时转换器,该转换器比平均转换器复杂得多,并且会遭受图 1 中所示的各种误差。
A/D转换器的各种误差
图1:A/D转换器的各种误差
关于交流信号的数字化存在许多误解,人们经常忽视它不是一个步骤,而是一个三步过程:所有具有瞬时转换器的模拟/数字仪器都是采样仪器。首先,必须对信号进行采样并保持直至其被转换。因此,必须遵守采样规则,这会产生后果,如果违反这些规则,可能会产生失真或伪影,这与以下 2 个步骤无关!
第2步是A/D转换;根据转换器的类型,可用动态范围失真的分辨率和使用百分比也源于此。
在第三步中,数字信号主要是进行 d/a 转换,这也会由于不完美的重建而产生失真。因此,终结果会受到所有 3 个步骤的综合误差的影响。对于 DSO,所收集的数据量和分辨率对于通常的 LCD 显示器来说通常太多,因此内部会进行另一个缓慢的采样,这对用户来说是不透明的。
因此,精细细节的损失也是三重的:两个样本之间、两个 A/D 转换级别之间以及重建的两个点之间的信号信息丢失;这解释了为什么数字化信号总是不如模拟原始信号
陷阱:数字化的另一个有害的影响几乎从未被提及,甚至许多工程师在向他们指出这一点时都感到非常惊讶:信号变得越小,数字化和重建信号的失真度就越大!终只有LSB会被打开和关闭,即结果将是方波,无论信号看起来如何!这一事实让人们通常对数字化信号的巨大动态范围的吹嘘变得平淡无奇,见图。 2 和 3。如果模拟信号变小,它将保持其形状和所有细节,直到消失在噪声中。
数字化信号越小,失真越大。使用的可用动态范围越少。该示例显示了一个具有 4 位分辨率的三角形,左侧使用全范围,右侧使用 1/4 幅度且存在严重失真。终它变成LSB方波。
图 2:数字化信号越小,失真越大。使用的可用动态范围越少。该示例显示了一个具有 4 位分辨率的三角形,左侧使用全范围,右侧使用 1/4 幅度且存在严重失真。终它变成LSB方波。
实际示例:数字化音频信号的失真(垂直,0 dB = 100 % 失真)与从左到右递减的信号电平(水平,0 dB fs = 电平,- 120 dB fs = 信号电平,LSB)为例事实上,任何数字化交流信号的位都不能使用,因为它们只包含失真!从该图中可以明显看出,如果希望将失真限制在 0.1% = - 60 dB,则 120 dB 的理论动态范围只能低至 - 60 dB!
图 3:实际示例:数字化音频信号的失真(垂直,0 dB = 100 % 失真)与从左到右递减的信号电平(水平,0 dB fs = 电平,- 120 dB fs = 信号电平, LSB)例证了这样一个事实:任何数字化交流信号的位都不能使用,因为它们只包含失真!从该图中可以明显看出,如果希望将失真限制在 0.1% = - 60 dB,则 120 dB 的理论动态范围只能低至 - 60 dB!
CD 的 16 位 = 65.000 : 1 = 96 dB,以相同的方式绘制,表明,根据人们愿意接受的失真程度,只有 16 位范围的一小部分可用,即“更高的动态” “范围”是一个童话故事,如果这是真的,就不需要将音乐压缩到高位,并且 192 KHz/24 位也感觉不到任何改进。 (除了不足的 44.1 KHz 之外,它必须 >= 100 KHz。)
这个音频示例直接涉及 SMPS 中的调节环路,该环路主要在音频范围内运行。此外,所有 SMPS 都是采样系统,这反过来又限制了调节环路的允许频率响应。 “数字电源”的支持者嘲笑模拟设计人员过时,他们足够大胆,缺乏电源知识,教导设计人员用复杂、昂贵得多、可靠性低得多且极易受到攻击的 DSP 来取代 10 美分的 TL 431,从而用数字化环路代替高质量模拟环路,例如,数字化环路会表现出较差的瞬态行为。
步数、噪声的平均
人们常常认为,瞬时转换器的分辨率步骤可以通过“抖动”来消除,即一劳永逸。抖动意味着有意(或固有)将噪声添加到要转换的信号中。此方法有效,可以将分辨率提高多 3 位,但需要对转换后的信号进行平均。平均与低通滤波相同,并且会降低带宽;仅当信号在平均周期内不改变其形状时才有可能。换句话说:抖动不适用于变化的信号,分辨率的提高必须以带宽的大幅减少为代价!而且只有在有噪音的情况下它才起作用;平均可以抑制噪声,因为它是随机的,信号仍然存在,因此信噪比得到改善。只要测量仪器的输出只是数字,求平均值就有效。
模拟示波器、组合示波器
示波器仍然是重要的电子测量仪器,它是显示电信号波形的仪器,对于 SMPS 和类似电子产品的设计不可或缺。
模拟示波器显示信号本身与线性时基,由于基本的物理原因,它们不能显示失真、错误或幻象信号,它们是可以信任的信号。它们的分辨率是无限的,不会丢失任何细节,迹线强度是相对信号速度的度量。还有更多优点,例如能够显示远高于带宽的信号细节。信号始终显示在屏幕上,仅在短回扫期间不可见。
建议在每个硬件设计实验室中保留高性能模拟示波器,以便检查 DSO 显示的有效性!无与伦比的 Tektronix 7000 系列(高达 1 GHz)等模拟示波器是珍贵的仪器,强烈推荐带有 24 KV crt 的 600 MHz 7904A。
1993 飞利浦推出台“Combiscope”,这是一款 200 MHz 4 通道模拟示波器,其中还包含 DSO 的电子器件;通过按前面板按钮,示波器可以从模拟切换到数字,因此只需按此按钮即可检查 DSO 模式下的所有显示。直到几年前,Hameg 还以惠的价格制造了优质的组合镜。毫无疑问:这些是理想的瞄准镜,结合了两全其美的优点。可以理解的是,主要示波器制造商都回避 Combi 示波器:如果仅仅按下一个按钮就证明了相反的结果,那么如何才能让客户相信更高利润 DSO 的所谓优越性呢?一位主要 DSO 制造商说道:“我们糟糕的竞争对手是我们的旧(模拟)仪器!”。
DSO(数字存储示波器)
在过去 20 年中,模拟示波器被 DSO 取代,因为它们的制造成本要低得多,利润要高得多,而且经典 DSO 所需的技术知识要低得多。 DSO可以轻松安装到一块 ec 板上,其中主要包含廉价的 PC 硬件。显示器的成本极低,而高频模拟示波器的 CRT 则非常昂贵。营销宣传称 DSO 是“模拟示波器的继承者”。从技术角度来看,这种说法是错误的,但从营销角度来看,这种说法是正确的。只有昂贵的高性能 DSO (DPO) 在许多方面接近模拟示波器,绝大多数较低价格范围内的经典 DSO 无法取代模拟示波器;这些都是不够的!
没有一种电子测量仪器会给用户带来如此多和严重的陷阱,这里只能提到其中的几个;功能和问题的完整描述需要 100 多页。模拟示波器很容易理解,而 DSO 则极其复杂,制造商非常清楚大多数客户缺乏特定的示波器技术知识,广告和手册隐瞒了显着的事实,毫无根据的性能声明和误导性名称让客户一无所知。 DSO 永远无法像模拟示波器那样实时显示信号,只能在信号消失后或多或少地失真再现。用户被电脑的功能所蒙蔽和吸引,却很少意识到作为测量仪器的缺点。 DSO 真正的优势是能够存储波形并从内存中重放它们。它们的其他特点是由于内置电脑,如果重建的波形是伪影,则数字化数据以及导出的所有计算也将是错误的;垃圾进,垃圾出适用。然而,内置 PC 允许计算参数,如 rms 值、两个输入的功率、生成 FFT、解码总线等,这极大地增加了实用性。模拟示波器是“”的测量仪器,它们缺乏电脑功能。同时有两类 DSO:
顺序处理“经典”DSO
大多数中低价位型号都是经典的 DSO,其原理上由一台带有多通道模拟前端的 PC、一个采样器和一个用于每个输入的 8 位 A/D 转换器、一个存储器以及一个 LCD 或监视器显示器组成。它们通过采样获取信号、模数转换、存储、重新转换并显示。如此长的处理时间仅允许每秒大约十到几千的采集速率,即小于1%的时间,超过99%的范围是盲的。
并行处理模型(DPO 和类似模型)
泰克意识到,如果能够实现更快的处理,甚至无法解决 DSO 的基本问题,因此泰克率先大规模投资并行处理硬件,以便尽可能地模拟模拟示波器。 1994 年,个“Instavu”示波器出现,后来被称为“Real-Time”,然后是“DPO”。简而言之:此类示波器还包含与模拟示波器等效的电子器件:采集系统以信号触发速度运行,可达 400 K,这与的模拟示波器的速度相同,信息在三维空间中被光栅化,第三个是发生频率,它像模拟示波器一样调制迹线强度。由于具有 MB 的内存、全速运行的采样器以及在光栅内存中编译的大量采集数据,因此不太可能出现错误显示。每 1/30 秒就有一份副本传输到显示器上。这些示波器的反应速度与模拟示波器一样快,并模拟磷光体特性,因此得名,它们也能同样快速地捕获罕见事件。它们在这方面更胜一筹,因为数字存储器存储了事件。 “Real-Time”是指采样方式称为“Real Time”,无论投入多少硬件和软件,都不可能实时显示信号;信号早已消失后,信号重建会出现在屏幕上。客户被误导,认为这些 DSO 可以像模拟示波器一样实时显示信号。
采样
所有 DSO 本质上都是采样示波器。如模拟/数字仪器、数字化部分所述,必须先对信号进行采样和保持,然后才能进行 A/D 转换。采样的过程类似于混合和相关,是一种变换方法。任何信息都可以被可视化为三轴坐标系中的砖状体积,轴的振幅、带宽和时间。在保持体积不变的情况下,三个参数可以互换。通过采样,幅度保持恒定,带宽以时间为代价增加,换句话说:高频被混合到低频范围(GHz 到几百到几千赫兹)。
采样是一个类似于混频的过程,带宽BW以时间T为代价减小,幅度A和信息内容(体积V)保持不变
图4:采样是一个类似于混频的过程,带宽BW以时间T为代价减少,幅度A和信息内容(体积V)保持不变
如果不打算重建信号,则允许并使用欠采样,例如在所有仅显示数字的仪器中。如果信号重建是目的,则必须遵守采样规则,即应用香农/奈奎斯特定理,该定理经常被误解:信号中的频率与带宽不同。因此采样频率必须 > 10 倍带宽,而不是 > 2 倍!违规会产生与原始信号没有相似之处的失真、混叠和伪影,当然,从这种错误信号重建中获得的数据也将是错误的,并且可能会出现几个数量级的偏差。这仍然没有被广泛认识到,因为这些事实没有被宣传,但在制造商的其他文献中明确承认。
采样时间,也称为采样窗口,即对输入电压进行采样的时间,决定了带宽(与其他限制无关)。连续采样之间的短时间(即采样率)由 A/D 转换器的速度决定。
采样范围和 DSO
时至今日,仍有两种不同的示波器系列:采样示波器 (SO) 和 DSO,以及 3 种不同的采样模式。带宽范围仍然是 SO。
个实用的“采样示波器”(SO) 于 1960 年由 HP 投放市场,是提供 GHz 带宽、灵敏度约为 1 mV/cm 的示波器,使用 ETS,因此仅适用于重复信号。模拟样本直接在 50 欧姆示波器输入处获取,即没有任何前置放大器,或者在采样探头的处,下变频到 KHz 范围,放大并直接馈送到 crt,因此它们保留了完整的幅度分辨率。具有足够点数的 SO 显示看起来与相同带宽的模拟示波器的显示几乎相同。 RS于1952年在英国发明,1967年泰克公司出现了台实用的RS SO。 SO 仍然是快的瞄准镜。
DSO 有很大不同:它们的前端与模拟示波器的前端相同,因此可以使用所有附件。预放大后,信号被采样并送入快速 8 位 A/D 转换器。因此,带宽受到前置放大器、采样器和转换器以及转换器采样率的限制。因为在 DSO 中,输入信号只需要放大到 A/D 转换器的输入(即几伏),因此它们可以实现比模拟示波器更高的带宽。 8 位信号重建只是模拟示波器显示的粗略近似,显示有噪声。在 SO 中,样本立即出现在屏幕上,而 DSO 必须处理采集数据。由于具有记忆功能,显示屏在低重复率下不会闪烁。
采样模式
等效时间采样(ETS):这是一种巧妙的频闪方法,1880年在法国发明;信号必须是重复的,不一定是周期性的,并且不得改变其形状。示波器在每次重复时沿着波形采集一个样本,沿着波形及时步进,因此可能需要数百到数百万次重复和一些时间,直到示波器采集并显示整个波形。这种方法不需要很快的采样率,实际上采样率与带宽无关,可以选择使得波形可以在绘图仪上缓慢绘制,甚至可以进行手动扫描。这些早期的仪器通常以速度运行。大约。 100KHz。在这种模式下,SO 和 DSO 实现了带宽,并且在没有解释信号必须以相同形状重复的情况下公布这些带宽。 ETS 通常会引用虚构的高采样率。 ETS是一种频闪方法,时基可以延伸至无穷大。在 SO 中,需要预触发或延迟线以显示信号的触发斜率。可以轻松制作别名和精美的图片。所有从一个周期到另一个周期变化的信号都无法正确再现,例如调制信号,在 SMPS 中例如信号
由线路频率、振荡调节环路等进行调制。输出纹波通常由开关频率、线路频率和高达 300 MHz 的高频分量组成,在此模式下无法测量。认识到在实践中大多数信号都是重复的,人们可以通过 ETS 取得很大的进展。陷阱:特别是在低成本 DSO 的情况下,公布的带宽仅在 ETS/RS 模式下有效!
随机采样 (RS):与 ETS 的区别:采样不是沿着波形顺序进行,而是随机进行。这有两个优点:可以在没有延迟线的情况下显示波形的触发斜率,这是超过 1 GHz 左右带宽的先决条件;其次,稳定显示混叠和其他幻像的概率较低。
实时采样 (RTS):这是香农/奈奎斯特定理有效且单次捕获所需的“真实”采样方法。
假设应在 RTS 模式下捕获 500 MHz 信号(例如正弦波):如果采样率仅为 1 GS/s,则屏幕上将只有 2 个点!用户被邀请通过这两个点绘制任何波形,换句话说:显示器没有价值。奈奎斯特定理的真正含义在于它隐含了有关波形的知识:它是正弦波,这就是为什么它说信号中的谐波必须保持在采样率的一半以下,谐波是正弦波。
现在很明显,如果需要可用的信号重建,则需要比奈奎斯特高得多的采样率。通常,低通滤波器必须位于采样器之前,这在高频下是不切实际的,并且还有另一个原因:任何示波器都必须具有真正的高斯频率响应,该响应会逐渐下降,任何更陡峭的滚降尝试都会导致脉冲失真。因此,同时接受采样频率应至少为带宽的 10 倍,此时响应已经很低,几乎不可能出现混叠。 (在一些现代 DSO 中,频率响应由软件“抛光”!其他 DSO 则具有“平坦”响应,以便引用更高的带宽,接受脉冲失真。)
5 GS/s 示波器可以以 0.2 ns/cm 的扫描速度采集 500 MHz 信号(例如正弦波)的 10 个点,该扫描速度在屏幕上扩展 2 ns 周期。由于DSO大多采用线性插值,10个点用直线连接,结果看起来不像正弦,失真严重。如果没有插值,每厘米只有 1 个点,这会提醒用户这是仪器可以收集的所有信息。 50 MHz 信号将产生 100 个点和相对较好的复制品。根据波形,可用显示所需的点数会有所不同。显然,10倍的带宽是不够的!制造商一直声称他们可以通过巧妙的插值算法重建波形,即使是2.5个点;这种方法仅适用于某些波形,即用户应该已经知道波形并选择合适的插值。如果他知道波形,他就不需要示波器。
虽然单次结果仅适用于 > 25 个点,但仪器使用 ETS 或相应的仪器。 RS 用于重复波形,以用足够的点填充屏幕。对于 DPO 级 DSO,采样器会全速运行,因此 10 次信号重复将产生 100 个点。
严重的陷阱:宣传的和实际的采样率和带宽
所有广告、目录和手册规格均注明“Max.”。采样率 5 GS/s,带宽 500 MHz”。大多数人忽视了“值”。在采样率之前,更糟糕的是,没有意识到它还必须读取“max.”。带宽”!这是致命的:与模拟示波器相比,DSO 的带宽不是恒定的,因为采样率不是恒定的,它永远不可能大于实际采样率的约 1/10(不是 1/2!)!
任何捕获存储器的大小都是有限的;如果仪器以采样率运行,则在有间后内存将被填满;如果该时间短于以时间表示的屏幕宽度的时间,则 DSO 必须降低其采样率。即使是制造商的成本较低的 DSO 通常也只包含 1 到 10 K 的存储器,因为这些是低成本高噪声模拟 (!) 移位寄存器存储器(CCD = 电荷耦合器件),它们本身也会造成信号失真。现在有一个
所有 DSO 的铁律:
实际采样率 = 内存/扫描速度(例如 5 ms/cm)x 10 cm(水平轴)
请注意,“采样率”并未出现在该等式中。在 SMPS 工作中,通常需要使用较低的扫描速率(例如 5 ms/cm)才能查看与线路频率相关的波形或电机波形。对于典型的 2.5 KB,采样率(例如 5 GS/s)缩小到实际采样率(例如 50 KS/s),因此带宽从宣传的 500 MHz 减少到仅仅 5 KHz! 5 KHz 示波器有什么用?在 20 ms/cm 时,仅留下 12.5 KHz 的采样率,带宽为 1.25 KHz!图 6 显示了带有 PFC 的离线 SMPS 的日常工作示例;这是 PFC 扼流圈中的电流波形,由 100 Hz 半正弦波和叠加的(例如 125 KHz 锯齿电流)组成。
任何模拟示波器或类似 DPO 的类型都将显示正确的波形。低成本 DSO 则不然:剩下 5 KHz 带宽时,它只能显示 100 Hz 半正弦波,而 125 KHz 将完全丢失。只有人工制品或幻影才会出现。这个事实可能会让许多读者感到震惊,他们扔掉了模拟示波器,购买了“后继者”,并认为使用“500 MHz”DSO 他们可以轻松显示数百 KHz 范围内的信号!当然,这一点既没有在手册中进行广告宣传,也没有提及,但此后在制造商的其他文献中已得到承认。在如此低的采样率下,可以轻松生产出任意数量的怪诞文物。即使是熟练的工程师也经常会受到错误显示的影响。
结果:如果任何 DSO 的数量低于 appr。 1 MB 应该用于 SMPS(或类似电子产品)设计或测试实验室,它们应该被废弃并更换!工程师的时间太宝贵了,成本也太高,不能浪费在追赶 DSO 幻象显示器上。来自东亚制造商的具有 MB 内存的低成本 DSO 的竞争即将到来,但是,例如,一家制造商的 2014 年 5 至 10,000 E 的整个系列 DSO 的所有型号都只有 10 KB,另一个只有 2.5 KB。很多时候,甚至没有指定重要的存储深度!对于 SMPS 工作,建议至少为 200 MHz/2 GS/s 和 10 MB。
从错误重建中得出的所有数字也将是错误的。无花果。图5和图6以及表3示出了示例。
50 Hz 的扼流圈电流 - PFC(2 ms/cm)
图 5:2 ms/cm 时 50 Hz - PFC 的扼流圈电流
表 3:昂贵的 100 KHz 方波 DSO 的上升时间显示,上升时间为 0.7 ns。 15 μs 相差 21,000 倍,即 5 个数量级!
陷阱:分辨率,“11 位”的真相。
除了少数近的仪器外,所有快速 DSO 都使用 8 位转换器,分辨率很差,特别是因为 8 位范围很少得到充分利用。如果告诉用户分辨率可以提高到 11 位,用户就会误入歧途;正如上面所解释的,这是正确的,但代价是带宽急剧减少 - 没有提到!通过长时间平均可以获得更高的分辨率!例如:对超过 99 个值进行平均会将 100 MHz 带宽减少到 1.3 MHz!自个采样示波器诞生以来,通过平均来“平滑”信号就成为标准。陷阱:由于数字化和噪声转换器的影响可以通过平均来平滑,因此通常会预先选择此模式以呈现更稳定的显示!如果没有检测到这一点,快速信号将严重失真!
平均可以减少噪音。大部分噪声是由 A/D 转换器造成的,因此,低成本和昂贵的 DSO 之间也存在明显区别:的转换器是闪存或并行转换器,这是昂贵的转换器,也是差的转换器是 CCD 加上慢速 A/D 转换器的组合,这是迄今为止的 - 在这个词的两个含义上! CCD(电荷耦合器件)是一种模拟MOS移位寄存器,即一种廉价的IC。输入信号以采样速度馈入 CCD,采集后 CCD 缓慢读出到 A/D 转换器(通常为 12 位),从而避免了昂贵的快速转换器。与所有 MOS CCD 一样,噪声非常大,通过寄存器移动的电荷包也会相互作用,这会导致信号失真,具体取决于信号形状。
10 MHz 正弦波的别名,以 1 KHz 80% 调制,扫描速度为 100 μs/cm,实际采样率为 100 KHz。与真实波形没有相似之处。 DSO 是 2 GS/s 500 MHz 类型。显示停止
图 6:10 MHz 正弦波的别名,以 1 KHz 80 % 调制,扫描速度为 100 μs/cm,实际采样率为 100 KHz。与真实波形没有相似之处。 DSO 是 2 GS/s 500 MHz 类型。显示停止
0.5 ms/cm 处的相同信号,由于 AM 的原因,无法稳定显示;每个时期都与前一个时期不同。实际采样率100 KHz。显示运行中
图 7:0.5 ms/cm 处的相同信号,由于 AM,无法稳定显示;每个时期都与前一个时期不同。实际采样率100 KHz。显示运行中