趨勢(shì)和跟蹤：介紹兩個(gè)實(shí)用的示波器診斷工具

示波器的跟蹤（track）和趨勢(shì)（trend）特性添加了兩個(gè)數(shù)學(xué)測(cè)量功能，可用于深入了解測(cè)量數(shù)據(jù)的意義。趨勢(shì)是所測(cè)量參數(shù)的數(shù)值順序展示圖，以測(cè)量事件數(shù)作為水平方向的數(shù)值。跟蹤是測(cè)量參數(shù)值與時(shí)間的關(guān)系圖。這兩個(gè)功能可以讓示波器執(zhí)行如下任務(wù)：數(shù)據(jù)記錄、探測(cè)測(cè)量值之間的函數(shù)關(guān)系、識(shí)別長(zhǎng)數(shù)據(jù)記錄中的異常情況，甚至可以解調(diào)角度調(diào)制或脈寬調(diào)制信號(hào)。

無(wú)論趨勢(shì)還是跟蹤都基于示波器的測(cè)量參數(shù)，大多數(shù)示波器都可以提供約25個(gè)測(cè)量參數(shù)，其中包括頻率、幅值，以及升/降時(shí)間。示波器持續(xù)跟蹤這些測(cè)量值并使用它們來(lái)顯示參數(shù)值的統(tǒng)計(jì)信息，當(dāng)然也可以將這些數(shù)值繪制為趨勢(shì)和/或跟蹤圖。

圖1是如何使用趨勢(shì)或跟蹤功能的示例。所獲取的跡線（trace，上部網(wǎng)格中黃色所示）是脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)。參數(shù)P1逐周期測(cè)量所采集波形上的脈寬。參數(shù)統(tǒng)計(jì)包括脈寬最小值（2.698ns）和最大值（49.3ns）脈寬，以及所有測(cè)量值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。采集的波形有100個(gè)周期（100k采樣），每個(gè)周期的脈寬都記錄在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)告中。

底部跡線（藍(lán)色）是脈寬測(cè)量的趨勢(shì)。它包含這100個(gè)脈寬測(cè)量值，按照被測(cè)順序排列。跡線上的每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)值。趨勢(shì)圖中值的數(shù)量通常是用戶可選的，一般以1-2-5的級(jí)數(shù)來(lái)衡量，從2到1,000,000可選。此例中，趨勢(shì)圖和源波形是同步的，因?yàn)?00個(gè)值的趨勢(shì)圖長(zhǎng)度恰與源波形的周期數(shù)匹配，但情況并非總是如此。

圖1：源自脈寬調(diào)制波形的脈寬趨勢(shì)和跟蹤。

中心跡線（橙色）是脈寬的跟蹤。該波形包含與采集波形相同的100k個(gè)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)測(cè)量值進(jìn)行升采樣（upsampled，即加大采樣率）以匹配源波形每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。跟蹤圖始終與源波形同步。

由于跟蹤功能具有時(shí)間同步特性，因此可以使用它來(lái)解調(diào)PWM波形信號(hào)。通過(guò)跟蹤參數(shù)頻率，也可以使用它來(lái)解調(diào)調(diào)頻（FM）或調(diào)相（PM）信號(hào)。

數(shù)據(jù)記錄

趨勢(shì)功能非常適合數(shù)據(jù)記錄。我們來(lái)看看圖2中的測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖2：數(shù)據(jù)記錄示例記錄了RMS線電壓和室溫的變化。觸發(fā)遲滯（hold-off）用于每隔5秒讀一次數(shù)。

頂部跡線是RMS線電壓的趨勢(shì)。觸發(fā)遲滯用于在每次測(cè)量之間插入5s延遲。頂部往下數(shù)的第二條跡線是熱電偶輸出趨勢(shì)。數(shù)學(xué)跡線F4（頂部往下數(shù)的第三條跡線）對(duì)熱電偶輸出進(jìn)行濾波，并重新以攝氏度進(jìn)行數(shù)值標(biāo)度。整個(gè)圖中記錄了2000次測(cè)量，每次間隔5秒，時(shí)長(zhǎng)2.7小時(shí)。

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)開啟時(shí)，線電壓下降，然后溫度稍微下降。整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)周期性變化。這可通過(guò)交叉關(guān)聯(lián)原始趨勢(shì)波形進(jìn)行驗(yàn)證，在底部跡線中有顯示。在相關(guān)功能中清楚地顯示出周期性，大約每252次測(cè)量或每20分鐘循環(huán)一次。

使用跟蹤進(jìn)行解調(diào)

在某些應(yīng)用中，解調(diào)角度調(diào)制信號(hào)很有幫助。例如，在測(cè)量鎖相環(huán)（PLL）的頻率響應(yīng)時(shí)，可以使用跟蹤功能查看PLL輸入和輸出處的相位變化。圖3顯示了PLL頻率響應(yīng)測(cè)量。

圖3：使用時(shí)間間隔誤差跟蹤來(lái)解調(diào)相位調(diào)制輸入并輸出到PLL。

任何器件的頻率響應(yīng)都可以通過(guò)使用階躍函數(shù)激勵(lì)來(lái)測(cè)量，差分該階躍響應(yīng)并對(duì)該響應(yīng)進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）。在圖3中，左上方的跡線是PLL輸入：66.67MHz的正弦波，在波形的中點(diǎn)有一個(gè)2弧度的相位階躍。測(cè)量參數(shù)P1測(cè)量的是波形的時(shí)間間隔誤差（TIE）。TIE測(cè)量波形邊沿或閾值交叉點(diǎn)的測(cè)量位置與該邊緣的理想位置之間的時(shí)差。TIE本質(zhì)上是信號(hào)的瞬時(shí)相位。圖3左側(cè)頂部往下數(shù)的第二條跡線顯示了PLL輸入的TIE跟蹤。TIE跟蹤解調(diào)了相位調(diào)制輸入。輸入波形中心的相位階躍顯而易見。

右上方的跡線是PLL的輸出。測(cè)量PLL輸出的TIE并使用跟蹤來(lái)解調(diào)相位，可以看到PLL對(duì)相位階躍的影響。請(qǐng)參見圖3右側(cè)頂部往下數(shù)的第二條跡線。跟蹤功能可以查看PLL輸入和輸出的相位變化，提供了源跡線中不明顯的相位變化的視圖，這很重要，因?yàn)镻LL是相位敏感器件。

通常使用脈沖函數(shù)作為輸入信號(hào)來(lái)測(cè)量信號(hào)的頻率響應(yīng)。差分該階躍響應(yīng)產(chǎn)生脈沖響應(yīng)。第三組跡線分別顯示了解調(diào)的PLL輸入和輸出信號(hào)，分別在圖3的左側(cè)和右側(cè)。

圖3中左下方的跡線顯示了PLL的脈沖響應(yīng)FFT。請(qǐng)注意，這是個(gè)基本平坦的響應(yīng)。在右下方的跡線中，PLL輸出脈沖響應(yīng)FFT顯示了PLL的頻率響應(yīng)。從技術(shù)上講，頻率響應(yīng)是輸出與輸入FFT的復(fù)數(shù)比，但由于輸入在頻譜上是平坦的，輸出頻譜接近PLL的頻率響應(yīng)。

趨勢(shì)還是跟蹤？

趨勢(shì)是數(shù)據(jù)記錄的不二之選。趨勢(shì)跡線僅包含每個(gè)測(cè)量值的一個(gè)點(diǎn)，因此存儲(chǔ)效率很高。如果需要執(zhí)行時(shí)間相關(guān)的操作（例如FFT或?qū)E線的濾波），跟蹤是必需的。若擬將異常測(cè)量讀數(shù)追溯回源跡線，跟蹤也很有用，因?yàn)楦櫯c源跡線保持時(shí)間同步。跟蹤完成這一工作的代價(jià)是在該函數(shù)中使用更多采樣。

趨勢(shì)和跟蹤功能可讓你查看單個(gè)參數(shù)測(cè)量的歷史記錄。通過(guò)對(duì)波形進(jìn)行一系列測(cè)量，可以使用示波器的數(shù)學(xué)和分析工具來(lái)深入了解關(guān)于被測(cè)過(guò)程的信息，從而可以大大縮短故障排除和調(diào)試時(shí)間。