示波器測量“準(zhǔn)”與“不準(zhǔn)”的問題

時(shí)間：2017-01-04 17:42:04

關(guān)鍵字：測量示波器

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[導(dǎo)讀] 當(dāng)波形捕獲出來后很多工程師覺得波形占屏幕2格就可以很清晰了，沒必要將波形調(diào)到鋪滿屏幕格子去看。其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)，今天我們就來看看為什么要讓波形鋪滿示波器屏幕的格子。

當(dāng)波形捕獲出來后很多工程師覺得波形占屏幕2格就可以很清晰了，沒必要將波形調(diào)到鋪滿屏幕格子去看。其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)，今天我們就來看看為什么要讓波形鋪滿示波器屏幕的格子。

2格顯示和盡量滿格顯示最明顯的就是，波形被“拉長”了，也就是垂直檔位變小了，而垂直檔位的變化直接影響了垂直測量的準(zhǔn)確性。這其中最重要就是示波器8位ADC與垂直量測量的關(guān)系。

圖1 尺子測量

就比如用1米尺子和用10厘米的尺子去量1.6cm的物件，米尺可能量出來的就是2cm，或很難去估算，而10厘米的尺子量出來的就是1.6cm。最小單位越小測量就越精確，如米尺，直尺，千分尺……

垂直檔位的變化到底如何影響測量的準(zhǔn)確度呢?

1、垂直分辨率對垂直測量的影響

一般數(shù)字示波器采用的都是8位ADC，對任何一個(gè)波形值都是用256個(gè)0和1來重組。假設(shè)示波器垂直方向滿量程為8格，對應(yīng)量化級數(shù)256。在垂直檔位為500mV/div的情況下，垂直精度為(500mV*8)/256=15.625 mV。測量同一個(gè)信號，在垂直檔位為50mV/div的情況下，即(50mV*8)/256=1.5625 mV，垂直精度就達(dá)到了1.5625 mV。

圖 2 測量精度

為了盡量使測量準(zhǔn)確，可進(jìn)行以下操作：

使測試信號幅值盡量占到屏幕6div左右。例如一個(gè)峰峰值為7Vpp的正弦波，垂直檔位應(yīng)設(shè)為1V/div，而不是2V/div或5V/div。實(shí)際上，這涉及到一個(gè)電壓分辨率的問題， ZDS2024 plus示波器ADC的量化分辨率25LSB/div。例如在1V/div電壓下，電壓分辨率為1V/25=40mv，而當(dāng)10V/div時(shí)，電壓分辨率為10V/25=400mv?？芍?V/div下，測量值有更高的分辨率，測量值更準(zhǔn)確。

2、實(shí)例應(yīng)用

使用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)峰峰值為6Vpp的正弦波信號輸入ZDS2024 Plus示波器中進(jìn)行測量，捕獲到波形后對波形進(jìn)行峰峰值測量，如下圖3和圖4所示。

圖 3 5V/div檔位下

圖4 1V/div檔位下

1V/div檔位下，量化分辨率為40mv，5V/div檔位下，量化分辨率為200mv，在測量時(shí)可能會相差1~2個(gè)分辨率的誤差。

當(dāng)波形占屏幕1.5格時(shí)，所測的峰峰值為6.20V，相差1個(gè)分辨率，相對6V的峰峰值誤差為3.3%。

當(dāng)波形占屏幕6格時(shí)，所測的峰峰值為6.08V，相差2個(gè)分辨率，相對6V的峰峰值誤差為1.3%。

擴(kuò)展： 6.12V和6.20V的測量值是否在誤差允許范圍內(nèi)呢?

垂直測量誤差允許范圍如表1所示。

表1 垂直測量誤差范圍列表

(1)垂直檔位為1V/div，測量值為6.08V條件下允許的誤差：

由于上述測量中垂直偏移為0，所以直流偏移準(zhǔn)確度為±0.1div±2mv±2%*0=12mv;直流增益精度為2%*(1V*8)=0.16V，所以在1V/div檔位下允許誤差為0.172V。0.172V>0.08V，所以測量值在誤差允許范圍內(nèi)。