示波器的跟蹤（track）和趨勢（trend）特性添加了兩個(gè)數學(xué)測量功能，可用于深入了解測量數據的意義。趨勢是所測量參數的數值順序展示圖，以測量事件數作為水平方向的數值。跟蹤是測量參數值與時(shí)間的關(guān)系圖。這兩個(gè)功能可以讓示波器執行如下任務(wù)：數據記錄、探測測量值之間的函數關(guān)系、識別長(cháng)數據記錄中的異常情況，甚至可以解調角度調制或脈寬調制信號。

 

無(wú)論趨勢還是跟蹤都基于示波器的測量參數，大多數示波器都可以提供約25個(gè)測量參數，其中包括頻率、幅值，以及升/降時(shí)間。示波器持續跟蹤這些測量值并使用它們來(lái)顯示參數值的統計信息，當然也可以將這些數值繪制為趨勢和/或跟蹤圖。

 

圖1是如何使用趨勢或跟蹤功能的示例。所獲取的跡線(xiàn)（trace，上部網(wǎng)格中黃色所示）是脈寬調制（PWM）信號。參數P1逐周期測量所采集波形上的脈寬。參數統計包括脈寬最小值（2.698ns）和最大值（49.3ns）脈寬，以及所有測量值的平均值和標準偏差。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計數據報告中。

 

底部跡線(xiàn)（藍色）是脈寬測量的趨勢。它包含這100個(gè)脈寬測量值，按照被測順序排列。跡線(xiàn)上的每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)值。趨勢圖中值的數量通常是用戶(hù)可選的，一般以1-2-5的級數來(lái)衡量，從2到1,000,000可選。此例中，趨勢圖和源波形是同步的，因為100個(gè)值的趨勢圖長(cháng)度恰與源波形的周期數匹配，但情況并非總是如此。

 

圖1：源自脈寬調制波形的脈寬趨勢和跟蹤。

 

中心跡線(xiàn)（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)。對每個(gè)測量值進(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PWM波形信號。通過(guò)跟蹤參數頻率，也可以使用它來(lái)解調調頻（FM）或調相（PM）信號。

 

數據記錄

 

趨勢功能非常適合數據記錄。我們來(lái)看看圖2中的測量數據。

 

圖2：數據記錄示例記錄了RMS線(xiàn)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。

 

頂部跡線(xiàn)是RMS線(xiàn)電壓的趨勢。觸發(fā)遲滯用于在每次測量之間插入5s延遲。頂部往下數的第二條跡線(xiàn)是熱電偶輸出趨勢。數學(xué)跡線(xiàn)F4（頂部往下數的第三條跡線(xiàn)）對熱電偶輸出進(jìn)行濾波，并重新以攝氏度進(jìn)行數值標度。整個(gè)圖中記錄了2000次測量，每次間隔5秒，時(shí)長(cháng)2.7小時(shí)。

 

當空調系統開(kāi)啟時(shí)，線(xiàn)電壓下降，然后溫度稍微下降。整個(gè)過(guò)程呈現周期性變化。這可通過(guò)交叉關(guān)聯(lián)原始趨勢波形進(jìn)行驗證，在底部跡線(xiàn)中有顯示。在相關(guān)功能中清楚地顯示出周期性，大約每252次測量或每20分鐘循環(huán)一次。

 

使用跟蹤進(jìn)行解調

 

在某些應用中，解調角度調制信號很有幫助。例如，在測量鎖相環(huán)（PLL）的頻率響應時(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頻率響應測量。

 

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

 

任何器件的頻率響應都可以通過(guò)使用階躍函數激勵來(lái)測量，差分該階躍響應并對該響應進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）。在圖3中，左上方的跡線(xiàn)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。測量參數P1測量的是波形的時(shí)間間隔誤差（TIE）。TIE測量波形邊沿或閾值交叉點(diǎn)的測量位置與該邊緣的理想位置之間的時(shí)差。TIE本質(zhì)上是信號的瞬時(shí)相位。圖3左側頂部往下數的第二條跡線(xiàn)顯示了PLL輸入的TIE跟蹤。TIE跟蹤解調了相位調制輸入。輸入波形中心的相位階躍顯而易見(jiàn)。

 

右上方的跡線(xiàn)是PLL的輸出。測量PLL輸出的TIE并使用跟蹤來(lái)解調相位，可以看到PLL對相位階躍的影響。請參見(jiàn)圖3右側頂部往下數的第二條跡線(xiàn)。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(xiàn)中不明顯的相位變化的視圖，這很重要，因為PLL是相位敏感器件。

 

通常使用脈沖函數作為輸入信號來(lái)測量信號的頻率響應。差分該階躍響應產(chǎn)生脈沖響應。第三組跡線(xiàn)分別顯示了解調的PLL輸入和輸出信號，分別在圖3的左側和右側。

 

圖3中左下方的跡線(xiàn)顯示了PLL的脈沖響應FFT。請注意，這是個(gè)基本平坦的響應。在右下方的跡線(xiàn)中，PLL輸出脈沖響應FFT顯示了PLL的頻率響應。從技術(shù)上講，頻率響應是輸出與輸入FFT的復數比，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。

 

趨勢還是跟蹤？

 

趨勢是數據記錄的不二之選。趨勢跡線(xiàn)僅包含每個(gè)測量值的一個(gè)點(diǎn)，因此存儲效率很高。如果需要執行時(shí)間相關(guān)的操作（例如FFT或對跡線(xiàn)的濾波），跟蹤是必需的。若擬將異常測量讀數追溯回源跡線(xiàn)，跟蹤也很有用，因為跟蹤與源跡線(xiàn)保持時(shí)間同步。跟蹤完成這一工作的代價(jià)是在該函數中使用更多采樣。

 

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

 

本文轉載自電子技術(shù)設計。


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