示波器測高頻脈沖信號失真解決的方法案例

ID:689795 · 發表于 2020-12-22 17:25

有位深圳福田華強北的工程師是專門研發生產屏幕的，需要用示波器測量出蘋果平板電腦 ipad 給屏幕上電時的一串脈沖信號，示波器捕捉下來后，他就可以對照著模擬出這段信號。但是這位朋友測了好幾次都不成功，或者對捕捉到的信號不滿意，因此他特意帶著他的麥科信平板示波器和其他相關設備來上門咨詢了。

首先他演示了一遍他的測量方法，他一共需要測量三路信號，分別連接了示波器的三個通道。當通道三上電產生一個直流電時，通道一和通道二就會分別產生一段脈沖正負間隔并且脈寬有差異的信號，而他需要觀察的就是通道一的脈沖變化規律，以此作為依據做出模擬。

通道三產生的直流電在二點幾伏，通道一和通道二的脈沖在±500mV 以內。因此他把通道一和通道二的垂直檔位設置為了 200mV/div，通道三的垂直檔位設置為了 1V/div。接著他把示波器的時基打到了 500ms，也就是一屏幕記錄 500*14ms 的波形，既時長 7 秒的信號。

接著他將信號分別接入三個通道，然后進行上電，示波器在 500ms 時基下進入了滾屏模式，因此他可以實時看到信號的變化，當捕捉完一屏幕信號后，他按下暫停鍵，然后調節時基展開信號，觀察通道一脈沖密集處的信號。可是展開以后看到的波形卻令他大失所望，因為預期的方波都變成了鋸齒波。甚至還丟失了部分脈沖信號。

其實他的操作并沒有問題，問題出在他的操作必須要求示波器有很大的存儲深度，這樣在時基打大的時候，采樣率就不會降低太多。他這個脈沖信號一個周期實際上是在 1us 左右，也就是 1M 的頻率，此時示波器的帶寬還是滿足測量條件的，但是采樣率收到存儲深度所限，已經下降太多。理想的測量采樣率應該是在 5M/s-20M/s 左右。

這里和分享一個基本的知識點，就是示波器的實時采樣率是 = 示波器存儲深度 ÷ 波形記錄時長，由這個公式可見，由于示波器的存儲深度是固定的，因此波形記錄時長越長，示波器的實時采樣率就越低。我們購買示波器的時候總是會看到示波器標注采樣率 1G/s 或者 2G/s，往往忽略了存儲深度這個指標，實際上在測量的過程中，如果示波器的存儲深度太低，示波器是無法保持這個標注的采樣率的。

找到了問題所在，解決起來也就容易了。首先，我們把示波器的存儲深度調到最大 28Mpts，默認是自動的。由于示波器打開了三個通道，因此每個通道分到 7Mpts。

然后通過對之前捕捉信號的整體觀察，我們將時基打到 1ms，將觸發方式設為邊沿上升觸發，觸發電平上移到 292mV，然后點擊 Single SEQ，打算采用單次觸發的方式來捕捉信號。設置好以后，進行上電，然后示波器就捕捉到了如下圖所示的信號。

然后，我們停止信號，調節時基再將信號展開，就可以清晰的看到通道一的每個脈沖，以及那個脈寬比較大的脈沖。用戶比較好奇，為什么脈沖信號上方有比較明顯的突起，也就是過沖。實際上是因為他的接地線太長了導致的，開啟低通濾波也可以緩解這種顯示情況。

后來我們拿了臺即將上市的樣機，存儲深度要大很多，用他最開始的方法測了一下，由于存儲深度夠大，500ms 時基也展開后也照樣沒有失真。因此，更加驗證了存儲深度的重要性。

最后，該用戶保存下了他所需要的波形數據，滿載而歸。相信最后他的問題也就解決了。

ID:143584 · 發表于 2021-1-28 09:19

這個用邏輯分析儀不行嗎

ID:807591 · 發表于 2021-1-28 09:45

lwhmgp 發表于 2021-1-28 09:19
這個用邏輯分析儀不行嗎

不行，邏輯分析儀太便宜了，而且這個方面可能又比示波器好用

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