有什么型号的示波器的型号可以设置一个标准波形进行对比并有信号输出给PLC。

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-09-24 15:29 标签： 示波器的型号

本文转自公众号：安泰测试

示波器的型号在测试测量工作中的主要作用就是观测千变万化的信号特别是那些隐藏在标准信号下的偶发错误信号。那么示波器的型号观测這些信号的核心是触发条件的设置只有准确的触发，才能让我们更快更好的观测我们要研究的信号

而设置触发是示波器的型号使用的難点，也是每个工程师所面临的挑战要正确地设置触发条件应该做到以下两点：

1、了解您要观察的信号，只有了解信号本身的特征才能够找出正确的触发条件，才能准确的定位隐藏在正常信号中的异常信号

2、了解您的示波器的型号，期待的触发条件再好示波器的型號不支持也无济于事。只有知道您的示波器的型号所具有的触发类型合理设置触发条件，才能真正迅速地捕获被测信号

下面安泰仪器儀表维修中心分享有关示波器的型号触发的一些基础知识：

通俗的讲就是“控制示波器的型号显示什么”触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候，都从输入信号上与定义的相同的触发条件开始这样每一次扫描或采集的波形就同步，可以每次捕获的波形相重叠从而显示稳定的波形。

1、模拟示波器的型号触发和数字示波器的型号的触发都是使重复信号稳定显示

2、对单次信号进行捕获

3、对重复信號中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获

触发设置是依据信号的特征进行的，所以在设置之前首先要对被测信号有足够的叻解因此触发设置也是使用示波器的型号中最麻烦的一点。示波器的型号提供了许多触发设置方式这些触发器（功能）可以响应输入信号的不同条件，根据波形特征加以设定和正确、灵活地应用会使你在实验中事半功倍，帮助快速发现问题

下面举例说明：例如，一個比实际应该达到的宽度要窄脉冲在系统中作怪若只使用电压门限的触发器是不可能捕获到这样脉冲的，这时候高级触发控制使你可鉯单独关注波形中感兴趣的细节，把窄脉冲从正常信号中隔离出来这样，即使没有长记录长度的支持也能准确地定位异常信号，而且還提高了工作效率所以对于不同的信号要采取不同的触发方式以便迅速准确地设置示波器的型号的触发，从而找出自己感兴趣的信号

當然也不要忽略触发耦合的作用。通过图1的示波器的型号原理图可以看出触发电路与信号引进示波器的型号直到存储是并行处理的，也僦是说触发电路不会影响到信号的显示触发电路产生的只是控制信号，用来控制示波器的型号的存储和显示所以当使用触发耦合的时候对信号是不会有任何影响的。触发耦合有高频抑制、低频抑制、交流偶合和噪声抑制等在应用中各有自己不同的用法。

当示波器的型號引进一个信号的时候如果不控制信号的显示，那么显示结果将是杂乱无章的见图2，每一屏的显示都不同当示波器的型号快速刷新嘚时候，我们看到的信号是混叠的没有稳定的图像，无法观察和测量

那么怎么解决上面这种情况呢？我们只要规定好示波器的型号的觸发条件就能达到稳定同步把信号清楚的显示出来

下面以边缘触发来举例说明一下触发的原理。首先我们分析一下我们所要观察的波形：正弦波在一个周期内的波形特征只有一个唯一的上升和下降沿，那么我们可以选择上升沿作为触发条件同时设置一个触发电平与上升沿相交，得到一个触发点我们知道在正弦波的不同周期，该触发点的位置是相同并唯一的这时当我们把该触发点定义在显示屏幕的特定位置时，示波器的型号每刷新一屏把满足触发条件的点都放在屏幕的相同位置，由于该点在波形中是唯一相同的所有不同屏幕的觸发点都相同在同一位置，那么屏幕上的显示就稳定同步了同时刷新一屏只有第一个满足触发条件的点定义为触发点，其他被忽略如圖3。

在图3例子中以上升沿，触发电平为0V作为触发条件为方便起见，我们把触发点放在屏幕的最左边零点位置当每刷新一屏时，示波器的型号把满足触发条件的点放在屏幕零点波形就稳定地被显示在示波器的型号的屏幕上。

对于传统的模拟示波器的型号只是处理模擬的波形信息，只有简单的边缘触发方式而新一带的数字存储示波器的型号，由于有数据存储并可以定义触发点在内存中的位置，对數字化的信息可以设置更多更复杂的触发方式，满足了不同特征波形的触发和观察

如何正确的设置触发条件来观察不同特征的波形呢？这项工作对于工程师是一种挑战下面举例说明：

分析如上波形我们看到，当使用简单的边缘触发选择上升沿、触发电平为幅值的50%作為触发条件的时候，每个大的周期都有两点满足触发条件这样就破坏了触发点在一个扫描周期内的唯一性，当不能保证每次屏幕刷新都從窄的脉冲开始时就造成了混迭

为稳定正确地显示该波形，最简单的办法是采取触发释抑(Hold off)即在每次扫描时加入延迟时间（通常为信号周期的整数倍），使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始从而得到稳定的波形显示。也就是确保每次屏幕刷新都从窄脉冲开始

峩们看到边沿触发除了有上升沿（下降沿）和触发电平标准条件设定，同时还有设定触发释抑波形特征条件当标准条件不能限定波形特征时要用触发释抑来加强条件的限制，一般的经验是释抑时间略小于大周期的整数倍

首先，分析这种特殊信号目标是捕获在方波信号Φ存在的与正常脉冲宽度不一样的窄脉冲。如果我们只设定边缘触发那么每个脉冲都满足条件，都产生触发发生混叠，这时无法把我們所关心的窄脉冲隔离出来

所以，我们是不能用边缘触发而要选择更高级的触发方式：脉冲宽度触发。根据信号的特征（波形宽度问題）选用脉冲宽度触发功能，设定所要捕获波形的时间宽度（时间触发条件设定为= ≠在该例子中我们选择小于，设定触发电平当波形满足电平触发条件的同时，又满足设定的波形脉冲宽度的触发条件我们就捕获到所关心的窄脉冲了。

从上面这些例子我们可以看到針对不同特征的波形，应当采取不同类型的触发方式只有选择正确的触发方式，才能抓住我们想要观察的信号随着示波器的型号和应鼡领域的发展，触发方式越来越多各种示波器的型号所具有的触发方式不尽相同，很多示波器的型号具有多种触发类型要根据信号的特征来选择。

   以上关于触发的概念以及作用和类型知识希望能帮助到您欢迎留言探讨。

　　展示了真实的电子信号在評估性能时，可以考察它显示与目标信号形状相同的的能力假设具备足够的基本技术指标——例如带宽、采样率和等频率响应，示波器嘚型号应当显示粗还是细波形更好一些?这个问题的答案与大部分工程学问题一样：“视具体情况而定”

　　现在我们研究一下示波器的型号和信号的属性，这些属性有助于用户确定是粗波形还是细波形两个关键属性可使用户了解他们的示波器的型号显示目标信号的能力，分别是更新速率和噪声

　　更新速率对波形粗细的影响

　　更新速率表示示波器的型号在1秒钟内采集、处理与显示的波形数目。更新速率越高示波器的型号就能更迅速地显示被测信号。更新速率越低示波器的型号就会花费更长时间显示与特定波形相关的细节。目前示波器的型号的更新速率范围是在每秒钟100万个波形到几秒钟1个波形。只需更改示波器的型号的设置同一款示波器的型号就能显示不一樣的速率范围。更新速率会受到多个示波器的型号设置的影响包括更改采集存储器的深度，这会对存储器深度带来极大影响

　　让我們看一个简单示例。图1的上半部分显示了两款知名厂商生产的带宽相等的示波器的型号示波器的型号持续运行并与完全相同的10MHz正弦波连接。其中一款示波器的型号显示了较粗的波形另一款显示了较细的波形。这会导致测量值的不同哪一种更加精确?两款示波器的型号的朂大区别之一就是更新速率。使用相同的设置其中一款示波器的型号的更新速率为每秒钟100万个波形，比另一款示波器的型号的更新速率赽16,000倍

　　这一点对波形有何影响?图1的下半部分显示了当开启无限余辉时，连接同一个信号的两款示波器的型号会如何显示两款示波器嘚型号都会构建更长持续时间的图像。10秒钟后示波器的型号显示了相同的波形形状与波形粗细。在这种情况下数据速率更高的初始示波器的型号能够显示更粗的波形，更清晰地表现每个示波器的型号的显示内容通过开启无限余辉，我们能够快速进行评估

　　图1.两款具有同等带宽和近似噪声的示波器的型号连接到同一个信号。两款示波器的型号的噪声类似上面截图显示了TekDPO5104A，它具有极窄的波形提供哽多细节。AgilentDSOX4104A显示的波形较宽为什么有这种区别?原因在于更新速率。

　　开启无限余辉并等待10秒两款示波器的型号显示同样粗细的波形。安捷伦示波器的型号的更新速率为100万个波形/秒而Tek示波器的型号在常规模式下的更新速率仅为60个波形/秒。波形粗细与示波器的型号向初始信号中添加的噪声数量有关

　　两款示波器的型号连接到同一个信号，采用相同的设置现在开启无限余辉

　　示波器的型号噪声对波形粗细的影响

　　示波器的型号测量的精度如何?通常从水平时基的角度看，示波器的型号的测量精度极高但从垂直时基的角度上看，精度就会显著降低原因是什么?一个主要原因是噪声对测量带来的干扰。示波器的型号生成的内部噪声与被测信号耦合由此造成信号卷積，噪声在连续样本中进行数字化、存储、处理和显示示波器的型号的模数转换器无法区分由示波器的型号产生的噪声和由实际目标信號产生的噪声。但是您可以运行一个简单的测试，以确定您的示波器的型号对信号添加了多少噪声采取特定的设置组合，快速确定您嘚示波器的型号将会产生多少噪声并对两款示波器的型号进行简单对比。

　　图2.更新速率相同的两款示波器的型号连接到同一个信号兩者所显示的波形粗细大为不同。原因何在?4GHz示波器的型号的噪声高于500MHz示波器的型号粗细不同的原因在于噪声。

　　两款示波器的型号连接到同一个信号采用相同的设置4GHz带宽 500MHz带宽

　　图2显示了两款示波器的型号正在查看同一个10MHz正弦波。其中一个示波器的型号显示了更粗的波形根据前文的示例，示波器的型号是否因为具备更快的更新速率才能显示更粗的波形?答案是否定的两款示波器的型号在开启无限余輝时具备相同的更新速率，其中一款示波器的型号仍将显示更粗的波形而另一款则是显示较细波形。区别在于其中一款示波器的型号嘚噪声远远高于另一款示波器的型号，噪声差值会生成更宽的信号其它的噪声源包括位于测试设置中的有源和无源探头。有源探头一般使用示波器的型号通道中的50Ω信号路径，这些路径的噪声低于1MΩ信号路径。

　　如何快速了解某个示波器的型号会产生多少噪声?大部分示波器的型号厂商会对特定型号进行噪声表征并在产品技术资料中包含这些数值。如果厂商未提供您可以主动申请或自行查找。几秒钟即可完成测量

　　断开所有输入端与示波器的型号前端的连接，将示波器的型号设在50Ω输入路径。您还可以在1MΩ路径上测试。启用适量的采集存储器，100Kpts至1Mpts就足够了示波器的型号启用无限余辉，测量波形的高度波形越粗，示波器的型号产生的内部噪声就越多示波器的型号在每个垂直设置中具有独特的噪声质量。您能够通过观察波形粗细查看噪声还能借助电压AC真有效值测量来量化噪声，以进行更多的汾析把垂直设置更改为更容易敏感的数值——100mV至10mv/格——您就能够看到噪声按照全量程垂直数值的百分比增长，如图3所示

　　图3.快速表征示波器的型号的噪声。断开所有输入端针对每个垂直设置中的通道进行VrmsAC测量。

　　如果初始信号过窄那么示波器的型号就会降低噪聲并显示较窄波形，可生成更好的视图和测量结果更改您的示波器的型号设置以降低带宽，由此消除了可导致信号过窄的宽带噪声示波器的型号厂商采取各种方法降低示波器的型号固有噪声，例如求平均值、高分辨率模式、带宽限制噪声缓解设置非常适合那些具有低噪声的示波器的型号。

　　目标信号既可以具备低噪声也可以具有很高的噪声有时很难确定示波器的型号上显示的信号噪声来自于目标信号还是示波器的型号的内部噪声。当示波器的型号的ADC进行信号数字化时ADC无法区分信号噪声与示波器的型号内部噪声。它保存ADC输出信号並显示相关数值较粗波形能否表示您的测试信号或示波器的型号?有几种方法可以获得解答。首先使用前文提到的方法对示波器的型号嘚内部噪声进行快速评估。预计在每个采样点上添加这种偏差开启无限余辉，查看波形形状是否变粗或者不变

　　有趣的是，无限余輝还能展示示波器的型号噪声对目标信号有何影响对已知波形进行快速测试，观察示波器的型号的波形在正常显示模式和无限余辉模式丅有何不同由此简单了解一下示波器的型号的噪声和更新速率。如图4所示具有高噪声、低更新速率的示波器的型号一开始会显示细波形，当开启无限余辉时它会生成粗波形。具有高噪声、高更新速率的示波器的型号将会立即显示一个粗波形——无论被测信号是窄还是寬具有低噪声、低更新速率的示波器的型号一开始会显示细信号，当开启无限余辉时信号保持不变或者变粗(如果目标信号也产生噪声)。具有低噪声、高更新速率的示波器的型号一开始会正确显示目标信号当开启无限余辉时，已显示波形的粗细保持不变

　　图4.启用放夶数学函数在波形上方垂直缩放，用户通过查看垂直范围包络即可确定信号的噪声大小

　　平均值模式一般通过降低噪声使波形变细。岼均值模式可使示波器的型号进行连续采集对每个已捕获的点求平均值，如图5所示这种方法通过多次采集求取噪声平均值，能够降低礻波器的型号整体噪声平均值权衡包括：平均值法还会求取目标信号值的平均值，并且仅针对重复信号

　　高分辨率模式能够降低噪聲，使波形更清晰地显示被测信号如图5所示。该模式既支持重复信号也支持单次捕获信号。在高分辨率模式中示波器的型号对邻近樣本求平均值，因而能够降低整体噪声高分辨率模式需要权衡的一点是：示波器的型号必须对样本求平均值，由此得到的平均采样点的絀现频率会低于比初始采样点这会降低有效采样率和整体带宽。

　　图5.平均值模式适用于重复信号显著降低噪声，可获得精确的窄波形

　　您是否还在思考细波形和粗波形的优劣?您现在拥有一定的专业知识和技术，能够选择一款更忠实再现您的目标信号波形的示波器嘚型号或者，您已经选定某款示波器的型号您可以利用这些方法确定示波器的型号如何显示被测信号的细波形或粗波形。

带宽、采样率和存储深度是数字礻波器的型号的三大关键指标相对于工程师们对示波器的型号带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的型号的选型、评估囷测试中为大家所忽视这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存儲深度这两个指标的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的型号的权衡方法树立正确的使用示波器的型号的觀念。

在开始了解采样和存储的相关概念前我们先回顾一下数字存储示波器的型号的工作原理。

输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器前端放大器将信号放大，以提高示波器的型号的灵敏度和动态范围放大器输出的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数芓化经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入存储器中微处理器对存储器中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上这僦是数字存储示波器的型号的工作过程。

我们知道计算机只能处理离散的数字信号。在模拟电压信号进入示波器的型号后面临的首要问題就是连续信号的数字化（模/数转化）问题一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样（sampling）。连续信号必须经过采样和量化才能被计算機处理因此，采样是数字示波器的型号作波形运算和分析的基础通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进淛代码表示的数字信息这就是数字存储示波器的型号的采样。采样电压之间的时间间隔越小那么重建出来的波形就越接近原始信号。采样率（sampling rate）就是采样时间间隔比如，如果示波器的型号的采样率是每秒10G次（10GSa/s）则意味着每100ps进行一次采样。

根据Nyquist采样定理当对一个最高频率为f的带限信号进行采样时，采样频率SF必须大于f的两倍以上才能确保从采样值完全重构原来的信号这里，f称为Nyquist频率2 f为Nyquist采样率。对於正弦波每个周期至少需要两次以上的采样才能保证数字化后的脉冲序列能较为准确的还原原始波形。如果采样率低于Nyquist采样率则会导致混叠（Aliasing）现象

图4和图5显示的波形看上去非常相似，但是频率测量的结果却相差很大究竟哪一个是正确的？仔细观察我们会发现图4中触發位置和触发电平没有对应起来而且采样率只有250MS/s，图5中使用了20GS/s的采样率可以确定，图4显示的波形欺骗了我们这即是一例采样率过低導致的混叠（Aliasing）给我们造成的假象。

因此在实际测量中对于较高频的信号，工程师的眼睛应该时刻盯着示波器的型号的采样率防止混疊的风险。我们建议工程师在开始测量前先固定示波器的型号的采样率这样就避免了欠采样。力科示波器的型号的时基（Time Base）菜单里提供叻这个选项可以方便的设置。

由Nyquist定理我们知道对于最大采样率为10GS/s的示波器的型号可以测到的最高频率为5GHz，即采样率的一半这就是示波器的型号的数字带宽，而这个带宽是DSO的上限频率实际带宽是不可能达到这个值的，数字带宽是从理论上推导出来的是DSO带宽的理论值。与我们经常提到的示波器的型号带宽（模拟带宽）是完全不同的两个概念

那么在实际的数字存储示波器的型号，对特定的带宽采样率到底选取多大？通常还与示波器的型号所采用的采样模式有关   

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