減小波形雜訊的方法 示波器

2021-10-03 04:57:49 字數 2140 閱讀 5812

在學習如何使用示波器來減小雜訊之前,我們先來了解下示波器的雜訊是怎麼來的。

許多剛從模擬示波器轉到使用數字示波器的人可能會抱怨,說他新買的示波器測出來的波形還不如自己那台老式的模擬示波器清晰,甚至懷疑自己買到的示波器是不是壞的。那麼,真的是示波器壞了嗎?

要知道,示波器的作用是還原真實的訊號,效能越高的示波器,越能觀察到訊號的更多細節,而這些細節往往是發現異常問題的關鍵。在實際使用過程中,周圍環境中的干擾是實實在在存在的,雜訊不可能被完全地消除。事實上,示波器的頻寬越高,採集到的雜訊訊號就會越多。低效能示波器的靈敏度很低,在選擇無視這部分干擾的同時,也漏過了很多訊號本身的有用資訊,從而無法進行有效正確的分析。

許多因素都會影響示波器上波形的顯示,我們所看到的訊號肯定不是100%完整的真實訊號,它和我們所用的探頭型別,測量方式,是否接地,以及各種示波器設定都有關聯,比如垂直檔位設定,儲存深度、實時取樣率的大小,取樣的方式,示波器的頻寬,顯示的模式(如餘暉顯示)等等。

當示波器採集訊號的能力越接近真實,螢幕上就越可能會出現雜訊干擾,那麼我們是不是對這些雜訊就束手無策了呢?當然不是,新一代的高效能示波器,對於訊號提供了更多樣的處理方式,下面我們就來一一了解:

條件垂直檔位,盡量使波形佔滿螢幕

很多使用示波器的人可能都有乙個「壞習慣」,就是測量多個訊號的時候,為了避免各個訊號重疊顯示影響觀察,就會調節垂直檔位,把各個訊號縮小顯示。實際上,受垂直解析度等因素影響,波形是越佔滿整個螢幕,就越精準的,同時也可以減小雜訊訊號,而且示波器廠家標註的直流增益精度(一般是1-2%)也都是指波形在滿屏的情況下的精度。

可以看到,即使在其他條件相同的情況下,不同的垂直檔位測量出來的數值亦是不同的,波形越佔滿螢幕,測量的值就越精準。

選用合適的探頭

1x無源探頭的輸入無衰減,輸入阻抗基本不計,加上示波器內部本身的1mω,總輸入阻抗也就為1 mω;10x高阻無源探頭的輸入阻抗一般為9mω,示波器內部的輸入阻抗為1mω,總輸入阻抗為10mω。對於10x探頭,訊號從測試點到示波器器取樣點處有乙個10倍衰減,示波器取樣到的電壓幅度是實際被測電壓幅度的1/10。不同衰減倍數的探頭測量的範圍也不同。

取樣率、儲存深度(記錄長度)對訊號的影響

當波形的記錄時長固定時,取樣率和儲存深度是一次函式關係:取樣率 = 儲存深度 ÷ 波形記錄時長

取樣率決定了示波器採集訊號多少的能力,而儲存深度決定了示波器一螢幕最多可以儲存多少訊號資料。可以想象,儲存深度如果太低,大多數的訊號資訊都沒法被顯示出來,自然波形只會嚴重失真,更談不上精準了。

比如我們測試乙個方波訊號,在其它條件相同只改變儲存深度的情況下,可以看到28k儲存深度時,實時取樣率是2ksa/s,原本的方波已經變成了鋸齒波,波形都變形,已經談不上精準了。而且根據奈奎斯特取樣定理,實時取樣率和被測訊號頻率也有關。當儲存深度設定為28m的時候,實時取樣率為2msa/s,方波依然是方波。

使用高低通頻寬限制

之前說過,同樣的訊號在模擬示波器裡看起來可能更「乾淨」,一方面也是因為模擬示波器的頻寬低,從而無法捕捉到很多高頻的雜訊導致,但這並不意味著真實中這些雜訊訊號不存在。同樣的,數字示波器通過高低通頻寬限制功能,也能達到減小雜訊的效果。

這裡最常用的應該就是「20m」了,即低通20m,僅允許 20mhz 以下頻率的訊號通過,20mhz 以上的訊號被有效衰減。對付高頻訊號噪音十分有效。

使用平均取樣模式

使用平均取樣模式可平均多個採集結果,以減少所顯示訊號中的隨機或無關雜訊。平均多個 取樣結果需要穩定的觸發。 平均的數目可在平均取樣模式後的選擇框內進行設定,可設為 2、4、8、16、32、64、128、 256 共八個量級。 平均數目越高,顯示的波形對波形變化的響應就越慢。必須在波形對變化的響應速度與訊號上所顯示雜訊的降低程度之間進行折衷。

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