福利继续！扩展示波器用途的另外十个技巧【下篇】

发现信号异常全部实例测量是示波器基于采集波形每个周期进行时序测量的能力。如果你测量每个周期，你可以显示跟踪图，用于展示被测参数随时间的变化，而该变化与采集的信号输入是完全同步的。图7包含这一功能的例子。

图7：使用上升时间跟踪参数寻找具有缓慢上升时间的单个波形周期。采集信号是一个具有781个周期的4MHz正弦波。从上升时间参数(P1)统计数据看，我们可以发现每个周期要做一次测量，因此共有781个值。上升时间的平均值是2.88ns。最小值是接近平均值的2.8ns，但最大值是27ns。打开上升时间跟踪曲线数学轨迹F1，我们可以在轨迹中心附近看到一个峰值。跟踪图显示了随时间变化的每个周期测量值。它在时间上与轨迹C1中所采集的波形是同步的。跟踪到的上升时间最大值是27ns。其位置与具有缓慢上升时间的周期在时间上是同步的。将缩放轨迹Z1和Z2分别用作C1和F1的缩放图，同时应用多次缩放功能进行水平跟踪，我们可以扩展它们寻找到对应于最大周期值的单个周期。这是全部实例测量的优势。你可以见到以单个周期为基础的波形时序变化。这种技术可以代替使用WaveScan搜索功能寻找具有缓慢上升时间的这种脉冲。

噪声测量工具

随机过程很难表征，因为没有哪次测量能够提供有关前次或下次测量的任何信息。只有通过观察累积测量结果才能了解到你正在研究的过程。图8显示了用于测量噪声等随机过程的基本工具。左上方的轨迹是通道1输入信号的幅度时间图。左下方的轨迹是功率谱密度图，显示的是噪声功率的频率分布情况。右边的轨迹是单次噪声电压测量的柱状图。这个柱状图显示了单次测量的幅值分布情况。这些分析功能与测量参数一起为噪声测量提供了完整的工具集。你可以通过使用测量参数了解随机噪声信号的特征。用于噪声测量的最有意义的参数是波形的平均值(P1)、标准偏差(P2)和峰峰值(P3)。在这些测量参数中，也被称为交流均方根值的标准偏差可能是最有用的，因为它描述了波形的有效值。频域中最常见的噪声测量是功率谱密度(PSD)。PSD的测量单位通常是V2/Hz，代表了单位带宽的功率大小。因为噪声一般在频谱上是展开的，因此一个频段或一定范围频率内的噪声功率可以通过在该范围频率内对PSD积分来确定。柱状图为用户提供了待测过程的概率密度函数的估计。这个数据可以用柱状图参数来解释。图8显示了三个柱状图参数，即柱状图平均值(P5中的hmean)、柱状图标准偏差(P6中的hsdev)和范围(P7)。这些是柱状图分布的均值、标准偏差和范围。这三张图可以快速表征噪声。

9图8：用于噪声分析的时间、频率和统计域工具具有相关的参数测量。

三相功率测量

用于测量三相电路功率的双功率计方法可以用四通道示波器来实现。三线三相负载的功耗可以用一个四通道示波器来确定，方法是测量两个相位电流和两个线路电压。举例来说，观察图9所示原理图，三相电机消耗的总功率可以通过测量Vac、Vbc、Ia,和Ib加以确定：

图9：可以使用两个相位电流和两个线路电压测量三线三相负载(电机)的功耗。线路电压Vac(t) 和Vbc(t)是用高压差分探头测量的。相位电流Ia 和Ib是用电流探头测量的。这种功率测量要求使用带4个输入通道的示波器。图10描述了这种技术。

图10：使用两个线路电压和两个相位电流测量方法测量三相电机消耗的功率。有效功率的两个分量分别是425.6W和425.8W。这两个分量的和——或851.4W(使用P3中参数数学公式计算)——是电机消耗的总有效功率。

波形轨迹平滑

数字示波器是采样型数据仪器。它们利用了著名的采样理论——如果以大于某波形所含最高频率两倍的速率对该波形进行采样，那么就可以在不丢失信息的条件下重建这个波形。这个采样过程的结果是，数字示波器中的波形轨迹由许多数据点组成，如图11所示。

图11：可以用于平滑波形的三种技术例子。它们是sinx/x插值法、随机交织采样(RIS)法和持久轨迹平均法。这是一个完全正确的波形，但理解起来有点难度。以某种连续形式观察这些波形的最简单方法是用线将这些点连起来。这种方法被称为线性插值法，图中上方的轨迹显示了一个例子。当屏幕上采样点很少时，这个例子只有50个点，线性插值法经常出现不连续性。一种解决方案是增加采样点数。如果数据是按采样理论进行采样的，那么就可以利用诸如sin(x)/x等插值函数增加采样点数。从上往下数第二条轨迹显示了应用sin(x)/x插值函数的结果，与原始采样数据相比采样点数增加了10倍。sin(x)/x插值方法的一个缺点是，如果波形有快速边沿，就像脉冲波形中的那样，就可能超过奈奎斯特极限，并且频率分量有可能超过采样频率的一半。在这种情况下，sin(x)/x插值法就无效了，波形会失真。脉冲边沿将出现实际波形中不存在的上冲和下冲现象，即所谓的“吉布斯耳朵”("Gibbs ears.")。如果波形是重复性的，可以使用随机交织采样——一种等效时间采样方法来增加有效的采样率，并例采样点靠得更近。图11的上方第3条轨迹对此作了展示。如果波形是重复性的，打开显示保留功能将产生仅基于采样值的平滑波形，如图11中下方轨迹所示，其中被称为持久轨迹平均的先进数学工具提供了捕捉持久显示器上每个点均值的能力。

均方根和标准偏差

均方根(rms)和标准偏差(sdev)是密切相关的测量。rms的计算公式是：

其中N是波形中的点数，Vn是第n个采样点的值，mean是V的平均值。对于零均值的波形来说，上面两个公式是一致的，rms值和标准偏差相等。当信号均值为非零时，从每个数据点减去均值后的sdev值就是减去均值后样本的rms值。因此sdev是真正的交流rms值(在减去均值后的rms值)。考虑图12所示3.3V电源输出上的纹波和噪声的测量。

图12：使用标准偏差(sdev)测量3.3V电源输出上噪声和纹波的交流rms值。波形均值用参数P1进行读取。这是与纹波和噪声无关的标称直流输出。rms值P2同时包含了均值、纹波和噪声。标准偏差(参数P3中的sdev)仅读取电源输出中的交流分量(噪声和纹波)。要从每个测量点减去均值。因此标准偏差是“交流”rms值。rms值现在变高了，因为包含了偏移量。知道均值和rms值后就可以计算sdev值了。

为了计算电源输出上只是噪声和纹波的rms值，你可以选择标准偏差或交流rms。本文小结至此你又掌握了另外10个示波器功能的应用，它们可以帮助你扩展这种通用仪器的用途。希望其中一些应用技巧能够帮助到你的日常工作。