使用示波器進(jìn)行基本的振動(dòng)測(cè)量

振動(dòng)是指數(shù)字信號(hào)的標(biāo)稱值在時(shí)間上的短期變化。有兩種主要類型的顫抖,隨機(jī)顫抖和決定性顫抖。隨機(jī)振動(dòng)是無(wú)限的,即它的值隨測(cè)量時(shí)間的增加而繼續(xù)增加。隨機(jī)顫動(dòng)與噪聲等隨機(jī)過(guò)程有關(guān).確定性振動(dòng)是有界的,其幅度隨觀測(cè)時(shí)間的增加而受到限制。決定性顫抖進(jìn)一步細(xì)分為周期性顫抖、數(shù)據(jù)相關(guān)性顫抖和有界不相關(guān)性顫抖(Buj)。

讓我們開始測(cè)量時(shí)鐘的顫抖。該時(shí)鐘是一個(gè)133MHZ的時(shí)鐘,幅值150mv和一個(gè)50%的工作周期。它通過(guò)50歐姆耦合連接到示波器,以匹配其源阻抗。 圖1 顯示在示波器上出現(xiàn)的時(shí)鐘波形。

圖1 該133兆赫時(shí)鐘的測(cè)量時(shí)間間隔誤差,周期和上升時(shí)間包括測(cè)量統(tǒng)計(jì)。

示波器的測(cè)量參數(shù)被用來(lái)量化震動(dòng)。常用的兩個(gè)參數(shù)是周期和時(shí)間間隔誤差.

周期測(cè)量在同一斜率下最接近的邊緣之間的時(shí)間。TIP參數(shù)從其理想位置測(cè)量數(shù)據(jù)邊緣上的時(shí)間差。TIP可以被看作是數(shù)據(jù)流的瞬態(tài)報(bào)告.TI要求了解數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘速率。這可以顯式輸入,或者示波器可以確定它在TIE設(shè)置。

在時(shí)鐘周期的示例測(cè)量中,時(shí)間間隔誤差和上升時(shí)間超過(guò)了成千上萬(wàn)的獲取。測(cè)量統(tǒng)計(jì)顯示最后一個(gè)測(cè)量值、平均值或平均值、最小值、最大值、標(biāo)準(zhǔn)差(SDEV),以及統(tǒng)計(jì)中包含的測(cè)量數(shù)。這個(gè)示波器記錄每一個(gè)測(cè)量實(shí)例。對(duì)于所顯示的波形,每次采集包含五個(gè)完整的周期和七個(gè)上升的邊緣,所以每次采集有五個(gè)周期測(cè)量和七個(gè)平移時(shí)間測(cè)量。

標(biāo)準(zhǔn)差是一個(gè)關(guān)于價(jià)值的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,它顯示了被測(cè)量的平均值的分布。計(jì)算采用的是測(cè)量值(x) 我 減去平均值(象),這實(shí)際上顯示了瞬間的震動(dòng)。這個(gè)差額是平方的。計(jì)算了平方差在總測(cè)量數(shù)(n)上的平均值,然后取平均數(shù)的平方根。

標(biāo)準(zhǔn)差是一個(gè)很好的數(shù)字的優(yōu)點(diǎn)的周期或打結(jié)震動(dòng)與這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。實(shí)際上,它是周期的根平均正方形(RMS)或平局顫動(dòng)。最大值和最小值之間的差異是所選參數(shù)的最大到最大的波動(dòng)。

注意RMS對(duì)平局和周期的波動(dòng)。這種差異是預(yù)期的,因?yàn)門IT測(cè)量一個(gè)波形邊緣,而周期測(cè)量?jī)蓚€(gè)邊緣之間的差異。在這種情況下,每個(gè)邊緣上的震動(dòng)是隨機(jī)的,假設(shè)是獨(dú)立的,在周期測(cè)量中的震動(dòng)是每個(gè)邊緣上的震動(dòng)的二次和。我們預(yù)計(jì)周期的波動(dòng)大約是平局波動(dòng)的平方根2倍。

增加上升時(shí)間測(cè)量,以確保示波器的采樣率足夠高,明確界定時(shí)鐘信號(hào)邊緣。邊緣至少應(yīng)該有兩個(gè)以上的樣品。為了在1NS上升時(shí)間獲得兩個(gè)樣品,取樣率應(yīng)大于2GS/s。

在這個(gè)測(cè)量中使用的短,50ns,記錄可以顯示在20mhz或更高頻率的振動(dòng)的變化。

為了使顫抖與較低頻率的可能源相匹配,有必要獲得較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)記錄。在這樣做的同時(shí),應(yīng)該將示波器的采樣速率維持在一個(gè)固定的值上。該示例使用每秒10個(gè)GIGA樣本的采樣率(GS/s),因?yàn)樗奖壤肀惶岣叩矫總€(gè)分部50毫秒,如表中所示。 圖2 .

圖2 通過(guò)將采集存儲(chǔ)長(zhǎng)度提高到5兆個(gè)樣本,來(lái)增加獲取的持續(xù)時(shí)間水平尺度增加到每個(gè)分部50毫秒。這就可以測(cè)量到2千兆赫的震動(dòng)變化。

一個(gè)水平擴(kuò)展的縮放跟蹤,Z1,是用來(lái)看到的波形的一部分,在原來(lái)的5ns每個(gè)除法和實(shí)際獲取。即使有了這一長(zhǎng)期的獲取,也要測(cè)量獲得的時(shí)鐘信號(hào)中每個(gè)周期的聯(lián)系、周期和上升時(shí)間。周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持在5.2點(diǎn),而TIT的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持在3.8點(diǎn)。

使用TIT或周期測(cè)量的時(shí)鐘顫動(dòng)的選擇通常是由用戶測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)決定的?；谥芷诘?a href="/tags/振動(dòng)測(cè)量" target="_blank">振動(dòng)測(cè)量通常用于限定時(shí)鐘信號(hào)。該系統(tǒng)可以用于時(shí)鐘或數(shù)據(jù)信號(hào)。

每項(xiàng)測(cè)量下的圖標(biāo)顯示測(cè)量值的直方圖。點(diǎn)擊該圖標(biāo)可使直方圖顯示在數(shù)學(xué)跟蹤中,如 圖3 .

圖3 直方圖顯示測(cè)量的T予值的分布。分布的形狀與顫抖的來(lái)源有關(guān)。

直方圖用一個(gè)被稱為BIN的狹窄范圍內(nèi)的值來(lái)繪制測(cè)量的數(shù)量。在本例中,直方圖使用的是2000個(gè)箱,間隔均勻超過(guò)50PS,所以每個(gè)箱的寬度大約為25FS。直方圖的形狀與周期顫動(dòng)的來(lái)源有關(guān)。TIP值的鐘形是高斯或正態(tài)分布的特征。這種分布類型與隨機(jī)過(guò)程有關(guān),這樣的噪音.直方圖可以用直方圖參數(shù)進(jìn)行量化,在本例中使用了直方圖平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和范圍。直方圖上的藍(lán)線是參數(shù)標(biāo)記,顯示每個(gè)參數(shù)的測(cè)量位置。對(duì)于這個(gè)高斯分布,68%的測(cè)量值是在平均值(如圖所示)的單位里。標(biāo)準(zhǔn)差越低,測(cè)量值分布越接近平均值.

基本振動(dòng)分析工具箱中的最后一個(gè)工具是跟蹤函數(shù)。軌道函數(shù)繪制每一個(gè)測(cè)量值與時(shí)間.跟蹤是與源波形同步的時(shí)間,因此跟蹤上的每個(gè)點(diǎn)都是在與產(chǎn)生該值的測(cè)量邊緣或循環(huán)相同的時(shí)刻發(fā)生的。任何周期性的變化在測(cè)量的顫抖將顯示在軌道函數(shù).在…里面 圖4 TIE的跟蹤功能被添加到顯示器中.

圖4 跟蹤函數(shù)顯示了TIE測(cè)量隨時(shí)間的變化與信道C1中獲得的波形同步。

TIE軌道函數(shù)的垂直比例尺是以時(shí)間單位表示的,它顯示了獲得波形的每個(gè)周期的瞬間偏離理想邊緣位置的情況。在這個(gè)例子中,軌道是平坦的,因?yàn)檎饎?dòng)是隨機(jī)噪聲,沒(méi)有明顯的周期性。如果有周期性的震動(dòng),軌道會(huì)更有趣。 圖5 .

圖5 用隨機(jī)和周期性的平動(dòng)元件測(cè)量時(shí)鐘。軌道顯示時(shí)間變化的周期性組件.

在時(shí)鐘顫動(dòng)中添加一個(gè)47KZ正弦組件會(huì)改變直方圖的雙峰形狀。正弦波的直方圖為鞍形,它與高斯分布的鐘形彎曲而形成雙峰形。峰值的分離與周期性振動(dòng)分量的幅值成正比。跟蹤函數(shù)顯示加入到隨機(jī)組件中的正弦振動(dòng)分量的形狀。在軌道上覆蓋的軌道函數(shù)(數(shù)學(xué)跟蹤F3中的藍(lán)色痕跡)上,一個(gè)博卡平滑函數(shù),可以減弱隨機(jī)振動(dòng)分量引起的噪聲,并顯示一個(gè)平滑的正弦振動(dòng)分量。測(cè)量參數(shù)P7和P8為提取周期分量的頻率和尖峰至尖峰幅值,47兆赫,幅度為20PS尖峰至尖峰。

我們已經(jīng)使用示波器中可用的振動(dòng)測(cè)量工具對(duì)時(shí)鐘顫動(dòng)進(jìn)行了一些基本的測(cè)量。這些測(cè)量,加上一些修改,可用于測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)的震動(dòng),如 圖6 .

圖6 用參數(shù)時(shí)間間隔誤差分析一個(gè)自然資源數(shù)據(jù)信號(hào)的脈動(dòng).在數(shù)據(jù)流中,使用相同的分析時(shí)鐘顫動(dòng)的工具來(lái)測(cè)量顫動(dòng)。

不返回到零的數(shù)據(jù)流是這個(gè)分析的來(lái)源。示波器的設(shè)置保持不變,在一個(gè)500MS采集窗口采樣10GS/s?？s放跟蹤顯示了PRBS7數(shù)據(jù)的一部分。與時(shí)鐘波形不同的是,數(shù)據(jù)波形沒(méi)有一個(gè)均勻的周期,使周期參數(shù)不正確,以進(jìn)行振動(dòng)分析。就像在測(cè)量時(shí)鐘振動(dòng)的情況下,數(shù)據(jù)抖動(dòng)將使用TIE參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差作為測(cè)量RMS波動(dòng)的一種手段。在這個(gè)測(cè)量中,TIE的標(biāo)準(zhǔn)偏差是3.9PS.平局振動(dòng)的平均值只有3FS,這意味著震動(dòng)的平均值接近于零。

就像在時(shí)鐘顫抖的情況下,直方圖和跟蹤工具提供了額外的洞察力。直方圖的中心是從平均的TIE參數(shù)預(yù)期的零。直方圖范圍是36PS,也是對(duì)稱的零.軌道函數(shù)基本上是一個(gè)隨機(jī)的變化,其平均值基本為零.覆蓋的羧卡濾波器輸出顯示一個(gè)小的4PS尖峰變化,即使沒(méi)有周期性的震動(dòng)。這是與數(shù)據(jù)流相關(guān)的數(shù)據(jù)依賴性顫抖的結(jié)果。這是與數(shù)據(jù)模式相關(guān)聯(lián)的確定性顫抖的一種形式。

如果數(shù)據(jù)流中加入了周期性的震動(dòng),我們會(huì)看到類似于時(shí)鐘顫動(dòng)的結(jié)果,如圖所示。 圖7 .

圖7 隨機(jī)和周期性振動(dòng)分量對(duì)自然資源資源數(shù)據(jù)流的振動(dòng)分析。也存在與數(shù)據(jù)相關(guān)的顫抖。

周期性的波動(dòng)元素的加入導(dǎo)致了振動(dòng)直方圖變成雙峰,這是在時(shí)鐘震動(dòng)的情況下觀察到的。跟蹤函數(shù)顯示周期性振動(dòng)分量的扭曲正弦波。這是不同于當(dāng)周期組件添加到時(shí)鐘波形。

這種扭曲是由于增加了與數(shù)據(jù)模式有關(guān)的數(shù)據(jù)相關(guān)的振動(dòng)。所有這些組件都包含在TIE測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差中.

基本的震動(dòng)測(cè)量從時(shí)間參數(shù)掛鉤和周期開始。參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提供了rms和尖峰至尖峰搖擺的讀數(shù)。參數(shù)的直方圖提供了對(duì)顫動(dòng)類型及其分布的深入了解。最后,跟蹤功能有助于識(shí)別顫抖中的周期性。在大多數(shù)情況下,由"Num"數(shù)據(jù)場(chǎng)報(bào)告的一些測(cè)量數(shù)據(jù)不到10 8 價(jià)值觀。

大多數(shù)示波器提供了更高級(jí)的震動(dòng)分析或串行數(shù)據(jù)分析軟件,提供了測(cè)量到的顫抖值的外推,并建模到10 12 衡量標(biāo)準(zhǔn)及其他標(biāo)準(zhǔn)。他們還提供眼圖顯示和相關(guān)的眼分析。這些特性通常用于串行數(shù)據(jù)符合性測(cè)量。