示波器在查找長時間測量中異常信號的實際應(yīng)用

摘 要：在電子測量中，經(jīng)常使用一種叫示波器的調(diào)試工具，示波器可以對異常信號進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。示波器是一種通用的電子儀器，可以準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)電壓波形的時間函數(shù)。本文對示波器在長時間測量中查找異常信號進(jìn)行了研究，分析了其實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：示波器；長時間測量；異常信號

中圖分類號：TN914.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2017）03-0037-03

The Practical Application of Oscilloscope in Finding Abnormal Signals in Long Time Measurement

FENG Shexiong

（Dongguan WorldCom Instrument Inspection Service Co.，Ltd.，Dongguan 523000，China）

Abstract： In electronic measurement， a debugging tool called oscilloscope is often used. The oscilloscope can locate the abnormal signals accurately. Oscillograph is a kind of general electronic instrument， can accurately reproduce the time function of voltage waveform. In this paper， the abnormal signals are detected by oscillograph in long time measurement， and its practical application is analyzed.

Keywords： oscilloscope； long time measurement； abnormal signal

0 引 言

隨著科技的發(fā)展，示波器技術(shù)也得到了巨大的進(jìn)步，示波器可以提供多種方法來定位異常信號，可以根據(jù)不同場合的實際情況選擇合適的方法。這也需要我們對不同方法的原理和特征都有明確的了解，這樣工程師在遇到問題的時候，就可以選擇最直接、最有效的方法來進(jìn)行解決。本文根據(jù)RIGOL示波器的特點來分析示波器在查找長時間測量中異常信號的具體應(yīng)用，給出了一些解決辦法。

1 確定異常信號

當(dāng)工程師在調(diào)試電路的時候，經(jīng)常會遇到一些問題，面對這些問題需要進(jìn)行逐個探測來檢測是否出現(xiàn)了異常信號。有些工程師，當(dāng)他們檢查自己認(rèn)為有問題的地方時，如果發(fā)現(xiàn)異常信號就會感到十分的興奮，或者當(dāng)他們在檢車不希望出現(xiàn)問題的地方時，如果沒有發(fā)現(xiàn)異常信號也會暗自慶幸，其實出現(xiàn)這種心理情緒就是他們簡單的認(rèn)為異常信號是導(dǎo)致問題出現(xiàn)的主要原因。其實并不是這樣，沒有異常信號也并非沒有問題。一些經(jīng)驗豐富的工程師可以在較短的時間內(nèi)準(zhǔn)確的判斷出異常信號的位置，這是因為他們使用了示波器并且結(jié)合了特定應(yīng)用才可以的。

1.1 選擇捕獲頻率快的示波器

并不是所有出現(xiàn)過的波形或者異常信號都會顯示在屏幕上，示波器在進(jìn)行兩次捕獲之間是有時間間隔的，如果信號出現(xiàn)在間隔時間內(nèi)，那么示波器就無法捕獲，導(dǎo)致部分信號漏失，這段時間也被稱為死亡時間[1]。正如下圖1所示，對于死亡時間內(nèi)出現(xiàn)的波形，我們無法看見，而且所有的示波器都有死亡時間，只是時間長短不同。

我們將示波器在一定的時間內(nèi)可以捕獲的波形次數(shù)是有限的，波形捕獲率就是其每秒鐘可以捕獲的波形次數(shù)。就拿RIGOL MSO/DS4000系列示波器舉例，其波形捕獲率最快可以達(dá)到11萬次，表明當(dāng)上升沿觸發(fā)時，屏幕上每秒鐘會出現(xiàn)11萬個邊沿。捕獲率越高就表明示波器的死亡時間越短，那么漏掉的異常信號也就越少，所以這就要求我們要選擇波形捕獲率足夠高的示波器。通常沒有顯示異常信號并非是沒有異常信號，而是異常信號出現(xiàn)在死亡時間內(nèi)，我們看不到而已。而且即便捕獲率足夠高，仍然有一些異常信號會被漏掉。就比如有一些異常信號出現(xiàn)的概率是10億分之一時，及時使用的示波器是11萬次波形捕獲率的，那也很難捕捉到，需要較長的時間才可以捕捉到[2]。

1.2 使用余輝模式“穩(wěn)住”異常信號

選擇好示波器之后，通過觸發(fā)信號邊沿，用余暉顯示方式對異常信號進(jìn)行觀察。所謂余輝顯示，就是能積累所有歷史上出現(xiàn)的波形。在本次選擇的MSO/DS4000系列示波器中，可以將“余輝時間”設(shè)為“無限”，示波器就不會清除之間的波形，下圖是MSO/DS4000測量一個方波信號時捕獲到異常脈沖的示例。圖2是正常波形，圖3是捕獲到異常時的波形。

從圖3我們可以看到，無限模式可以之前檢測到的波形保留在屏幕上。目前采用的都是邊沿觸發(fā)，滿足條件的波形就會被觸發(fā)，顯示異常信號，但是在余輝模式開啟后，時間長了以后屏幕上就會積累很多波形，那也不利于波形的觀察?？梢詫⒂噍x時間設(shè)置成具體的值，例如50ms、200ms等，這樣測量到的波形就會停留在規(guī)定的時間內(nèi)，方便進(jìn)行觀測。

當(dāng)遇到對異常信號不夠了解的場合時，就可以使用余輝模式。而且，有很多示波器并不具備余輝顯示功能，對于沒有這項功能的示波器，工作人員只能用肉眼進(jìn)行觀察。

2 讓異常信號穩(wěn)定顯示

通過無限余輝顯示模式，因為有一大部分工程師只是簡單的了解異常信號，所以需要在屏幕上進(jìn)行穩(wěn)定的顯示，必須設(shè)置合理的觸發(fā)條件[3]。在上圖3中，其中有一個脈寬為5ns的脈沖信號，那就是異常信號。觸發(fā)條件進(jìn)行如下設(shè)置：通過脈寬觸發(fā)，將觸發(fā)條件設(shè)置為“正脈寬小于”指定的脈寬值，在這個例子中小于10ns就行，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)觸發(fā)電平，采用普通觸發(fā)。通過在示波器中進(jìn)行設(shè)置，顯示的波形就是符合以上設(shè)置條件的。

異常信號通常在正常信號中顯示為一個窄脈沖[4]。邊沿觸發(fā)時，因為正常信號和異常信號都符合觸發(fā)條件，所以都會顯示，不利于觀察異常信號。但是這是觸發(fā)信號后，因為顯示的都是符合條件的，而且在下一個符合條件的信號出來之前，上一段信號還會顯示。

3 如何記錄異常信號

用戶通過示波器可以找到異常信號，但是很多示波器卻沒有記錄信號的功能。本次選擇的RIGOL示波器就不同了，其硬件設(shè)備可以進(jìn)行實時波形錄制功能，可以自動進(jìn)行記錄那些滿足觸發(fā)條件的波形，還可以進(jìn)行回放和分析。當(dāng)MSO/DS4000示波器在開啟波形錄制模式后，滿足觸發(fā)條件的波形會被儲存在儀器內(nèi)部，當(dāng)儲存空間占滿之后，就會停止儲存。并且示波器還會保存錄制第一楨波形的相對時間，在回放時，可以觀察每種波形的特點或者出現(xiàn)的時間。

4 對異常信號進(jìn)行比較分析

在電路調(diào)試時，異常信號每次出現(xiàn)的情況并不一樣，示波器上也可以進(jìn)行更加細(xì)致的分析。示波器上的波形錄制功能不僅可以記錄這些異常信號，同時還能夠?qū)@些異常信號進(jìn)行分析，判斷其是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

圖4中，此時的分析模式選擇的是“通過測試”，對于出現(xiàn)的新波形，用戶都可以跟之前設(shè)定好的模板進(jìn)行比較。

在“規(guī)則范圍”菜單里，可以調(diào)節(jié)規(guī)則區(qū)域的水平或者垂直范圍。當(dāng)波形“穿越”模板中的藍(lán)色區(qū)域時，如果其程度超過了設(shè)定的門限，會被判定為錯誤波形。根據(jù)圖5中給出的總的錯誤楨數(shù)量，可以對每個錯誤楨都進(jìn)行分析。為了區(qū)別這些錯誤幀，會通過色譜圖形式來呈現(xiàn)，顏色的深淺和模板差異成正比，顏色越深，就說明模板差異越大，觀察者可以這些差異了解錯誤楨數(shù)量的分布情況。

5 結(jié) 論

本文針對調(diào)試中示波器進(jìn)行了研究，分析了其在查找長時間測量中的異常信號的常見應(yīng)用，選用RIGOL示波器，并結(jié)合其特點提出了一些解決措施。RIGOL示波器有非常高的捕獲率，比較適用于捕獲那些偶然出現(xiàn)的異常信號。在余輝顯示模式下，可以更好地觀察特征未知的信號，這樣可以對異常信號進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。而且示波器上的波形錄制硬件模式可以進(jìn)行波形錄制以及進(jìn)行回放分析，每次出現(xiàn)的符合觸發(fā)條件的信號都會被記錄下來，而且還能進(jìn)行模板分析。在調(diào)試的過程中，通過選擇和使用示波器，已經(jīng)設(shè)定觸發(fā)條件以及選擇波形錄制器等設(shè)備，既可以更好的對異常信號進(jìn)行測量，可以做到事半功倍。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董麗萍.示波器在查找長時間測量中異常信號的應(yīng)用 [J].國外電子測量技術(shù)，2015（06）：8-11.

[2] 葉芃.寬帶時域采集系統(tǒng)技術(shù)研究 [D].電子科技大學(xué)，2010.

[3] 深圳市鼎陽科技有限公司.SPO推動示波器技術(shù)革新 [J].國外電子測量技術(shù)，2016（03）：5-10.

[4] 羅德與施瓦茨推新品R&；S（R）RTE數(shù)字示波器——分析功能更強，使用更便捷 [J].廣播與電視技術(shù)，2014（04）：145.

作者簡介：馮社雄（1976.01—），男，廣東江門人，本科，畢業(yè)于中國計量學(xué)院（現(xiàn)中國計量大學(xué)），電子工程師。研究方向：電學(xué)、無線電和機械電子。