揭開測(cè)試測(cè)量的小秘密——每周一考 【第4周】

1、示波器里集成硬件頻率計(jì)有什么好處？

2、有什么方法可以提高示波器的電壓測(cè)量精度？

3、示波器能做頻譜分析嗎？和頻譜儀有什么區(qū)別？

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1、示波器里集成硬件頻率計(jì)有什么好處？

（答案由安捷倫李凱提供）時(shí)鐘頻率測(cè)量是一項(xiàng)基本的測(cè)量參數(shù)。傳統(tǒng)的示波器是對(duì)采樣到的時(shí)鐘波形的周期進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)周期的測(cè)量結(jié)果計(jì)算出信號(hào)頻率。當(dāng)信號(hào)的周期比較短或上升沿比較緩慢時(shí)，周期時(shí)間測(cè)量的誤差會(huì)比較大，通常只能提供3位左右的有效數(shù)字，因此計(jì)算出的頻率結(jié)果也通常只能提供3位左右的測(cè)量精度。而頻率計(jì)則是用硬件電路直接對(duì)被測(cè)信號(hào)邊沿進(jìn)行計(jì)數(shù)從而得到精確的頻率結(jié)果，因此硬件頻率計(jì)的頻率測(cè)量精度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通示波器。Agilent的7000/6000/3000X都內(nèi)置了硬件頻率計(jì)，可以進(jìn)行10ppm量級(jí)的精確頻率測(cè)量，當(dāng)使用精準(zhǔn)外部時(shí)基時(shí)測(cè)量精度還可以更高。

2、有什么方法可以提高示波器的電壓測(cè)量精度？

（答案由安捷倫李凱提供）實(shí)時(shí)示波器主要用于觀察快速變化的電壓波形，因此實(shí)時(shí)示波器通常都有比較高的采樣率。但是在提高實(shí)時(shí)示波器的ADC采樣率的同時(shí)，很難兼顧高的分辨率，因此目前市面上的絕大部分實(shí)時(shí)示波器都采用8bit的ADC芯片。8bit的ADC的理論垂直電壓分辨率可以達(dá)到滿量程的1/256，再加上其它非線性和噪聲等問題，實(shí)際示波器的直流電壓測(cè)量精度一般為滿量程的2%左右。如果需要提高示波器的電壓測(cè)量精度，通?？梢允褂?種方法：一種是平均模式，另一種是高分辨率模式。平均模式就是采集多個(gè)波形并把每個(gè)波形中相同時(shí)刻的點(diǎn)的幅度值做線性平均來減小隨機(jī)噪聲，從而提高電壓測(cè)量精度。平均模式不會(huì)減少系統(tǒng)帶寬，但是要求被測(cè)信號(hào)是重復(fù)性信號(hào)，否則信號(hào)也會(huì)被平均掉。高分辨率模式則是另一種方法，它是對(duì)在同一段波形中的相鄰點(diǎn)做平均，從而減小隨機(jī)噪聲。高分辨率模式不要求信號(hào)是重復(fù)性的，但由于在相鄰點(diǎn)間做平均，所以會(huì)降低系統(tǒng)帶寬，一般適用于頻率不太高的小信號(hào)測(cè)量。Agilent的Infiniium系列示波器里在高分辨率模式下可以設(shè)置等效的分辨率到最大12bit，并可以指示當(dāng)前情況下的系統(tǒng)帶寬，從而避免了用戶在使用高分辨率模式時(shí)過濾掉有用信號(hào)。

3、示波器能做頻譜分析嗎？和頻譜儀有什么區(qū)別？

（答案由安捷倫李凱提供）目前大部分實(shí)時(shí)示波器都可以對(duì)采集到的時(shí)域信號(hào)做FFT變化以得到信號(hào)的頻譜，并可以象頻譜儀一樣設(shè)置中心頻點(diǎn)、span等，方便了需要對(duì)信號(hào)做頻域分析的用戶。比如做電源測(cè)試的人員可以通過FFT功能分析電源紋波噪聲的頻率，做高速數(shù)字設(shè)計(jì)的人員可以通過研究數(shù)字信號(hào)的頻率分布來設(shè)計(jì)和優(yōu)化傳輸通道設(shè)計(jì)。用示波器做頻譜分析還有一個(gè)好處就是可以靈活使用各種探頭去探測(cè)被測(cè)信號(hào)。示波器和頻譜儀做頻譜分析的主要區(qū)別在于動(dòng)態(tài)范圍不同，頻譜儀一般采用窄帶掃頻的方式，其動(dòng)態(tài)范圍通常可以做到80db左右或者更高。而示波器里8bit的ADC制約了其做FFT分析的動(dòng)態(tài)范圍，一般動(dòng)態(tài)范圍在40dB左右。所以如果要測(cè)有大信號(hào)存在下的微小信號(hào)的頻譜，就需要用到頻譜儀。