基于延遲功能的數(shù)字示波器時基誤差檢定方法探討

陳惠珍

摘要：參考時鐘、計數(shù)器以及倍頻器等方面電路的作用，將會影響到數(shù)字示波器系統(tǒng)的時基穩(wěn)定性效果。當(dāng)前在檢定數(shù)字示波器時基誤差的過程中，《數(shù)字示波器檢定規(guī)程》GJB 7691-2012（以下簡稱檢定規(guī)程）明確了相應(yīng)的檢定方法，為開展數(shù)字示波器的計量工作提供了重要的前提條件。而面對具有延遲功能的數(shù)字示波器，需要采用合理的檢定方式。本文主要是從基于延遲功能數(shù)字示波器時基誤差檢定方法的重要性分析入手，重點(diǎn)介紹了時基檢定原理，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，探討如何選擇合適的時基誤差檢定方法。

關(guān)鍵詞：延遲功能；數(shù)字示波器；時基；檢定方法

前言

示波器在開展時域測量工作的過程中發(fā)揮積極作用，按照工作原理劃分為數(shù)字示波器和模擬示波器。數(shù)字示波器在實(shí)際應(yīng)用的過程中，定時元件的穩(wěn)定性將會影響到數(shù)字示波器采樣系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，從這個層面來看，具體開展計量檢定工作過程中，需要全方位的控制數(shù)字示波器的各項(xiàng)測量技術(shù)指標(biāo)，時基就是其中的一個重要技術(shù)指標(biāo)。時基是否準(zhǔn)確穩(wěn)定，直接影響數(shù)字示波器水平時間的測量性能。

1.時基檢定方法的重要性

1.1現(xiàn)行檢定方法

在檢定數(shù)字示波器時基參數(shù)時，檢定規(guī)程提供了三種方法，分別是：第一，通過設(shè)置延遲的測量方式，對時基誤差進(jìn)行檢定；第二，如果當(dāng)數(shù)字示波器處在欠采樣工作方式的過程中，實(shí)際開展時基檢定工作，需要通過合成信號發(fā)生器輸入10MHz頻率，通過測量取樣時鐘差拍波形頻率，計算得出時基誤差；第三，當(dāng)數(shù)字示波器自身有時基時鐘輸出時，可采用頻率計直接測量時基時鐘輸出的檢定方法。

1.2拓展檢定方法的必要性

通過上述這些檢定方法，通常能夠明確得出最終的檢定結(jié)果，但是不容忽視的是，數(shù)字示波器發(fā)展十分迅速，擁有較為繁多的種類，不同廠家在表現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)細(xì)節(jié)中所采用的方法也很多，尤其是面對一些功能實(shí)現(xiàn)方式較為特殊的產(chǎn)品，在規(guī)定的延遲時間內(nèi)，數(shù)字示波器時基誤差檢定結(jié)果容易受到掃描時間因數(shù)的影響，換句話說，當(dāng)數(shù)字示波器的時間分辨力較低時，使用當(dāng)前檢定規(guī)程提供的方法進(jìn)行檢定時，則會產(chǎn)生不同方法、不同人員檢測出來的結(jié)果存在較大差異性的現(xiàn)象，無法保證檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。因此在實(shí)際檢定數(shù)字示波器的過程中，需要選擇合適的數(shù)字示波器時基誤差檢定方法，才能全面有效的開展時基誤差檢定工作并保證其檢定效果。

2.時基誤差檢定原理分析

2.1檢定原理

基于延遲功能出發(fā)的時基誤差檢定，是在固定延遲時間內(nèi)開展輸入時標(biāo)信號的誤差累積，如果所累積到的誤差超出了系統(tǒng)分辨力標(biāo)準(zhǔn)，將能針對系統(tǒng)累積誤差集中性的讀取，計算累積誤差和延遲時間的相對值，通過計算結(jié)果來全方位評定數(shù)字示波器時基項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)。具體開展檢定工作的過程中，選擇一定的水平掃描速度，使得其主時基和延遲時基都能夠處在事先規(guī)定好的延遲時間之內(nèi)，將時標(biāo)信號運(yùn)行過程所表現(xiàn)出的相對位置變化情況進(jìn)行充分記錄，做好時基誤差計算工作。需要注意的是，這種檢定方法的應(yīng)用，需要能有效保證數(shù)字示波器保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)且水平掃描速度不受到限制，否則就會導(dǎo)致時間分辨力無法達(dá)到時基累積誤差的標(biāo)準(zhǔn)，這樣將會降低時基誤差的總體測量準(zhǔn)確性。

2.2案例分析

本案例中選擇的62Xs和422兩種型號的數(shù)字示波器，這兩種型號的示波器均不可在欠采樣模式下進(jìn)行檢定，且自身沒有時基時鐘輸出，只可采用上述檢定方法中的第一種。調(diào)整時標(biāo)信號發(fā)生器輸出周期為10ms的150ps快沿信號，針對數(shù)字示波器中的各項(xiàng)設(shè)置情況進(jìn)行合理性的調(diào)整，使其能夠良好符合數(shù)字示波器的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，保證屏幕中央顯示出穩(wěn)定的波形狀態(tài)，同時在已經(jīng)選擇好的延遲時間之內(nèi)，根據(jù)數(shù)字示波器表現(xiàn)狀態(tài)，選取水平方向最快掃描速度。在波形調(diào)整的基礎(chǔ)上，使上升部分標(biāo)志點(diǎn)居于示波器屏幕中央，同時將波形的水平和垂直位置控制在固定狀態(tài)。開啟延遲功能，設(shè)置適當(dāng)延遲時間，在同一掃描速度之下運(yùn)行延遲時基，測量波形上升部分標(biāo)志點(diǎn)距屏幕水平正中位置的時間，按規(guī)程給出的公式計算時基誤差。

在不同的延遲時間下進(jìn)行時基誤差檢定，得到的情況如下表所示。

從上表中看出兩種型號的數(shù)字示波器在不同延遲時間下，檢出的時基誤差均為0.0，而其時基累積誤差卻明顯小于時間分辨力，該檢定結(jié)果存在疑問。

3.選擇合理的檢定方法

3.1局部縮放

電子技術(shù)持續(xù)更新和進(jìn)步，數(shù)字集成電路的運(yùn)行和發(fā)展越來越能夠有效支持當(dāng)前眾多電子設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)階段設(shè)計的數(shù)字示波器，已經(jīng)具有了較高的采樣速率，有機(jī)融合了常規(guī)深存儲器技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)，同時加以不斷優(yōu)化和改進(jìn)，使其具備一定的局部縮放功能，也就是能夠針對波形細(xì)節(jié)進(jìn)行即時性的縮放，促進(jìn)系統(tǒng)時間的總體分辨力有效增加，為用戶有效獲取到長時間的周期信號，提供重要的前提條件。充分發(fā)揮數(shù)字示波器局部縮放功能的優(yōu)勢和作用，將其調(diào)整至?xí)r基誤差檢定環(huán)節(jié)所規(guī)定的延遲時間，局部放大這一位置的波形情況，這樣將能有效提升數(shù)字示波器在延遲時間內(nèi)的水平掃描速度。具體使用局部縮放功能的過程中，被檢測的數(shù)字示波器主時基需要保持著固定的掃描時間因數(shù)，適當(dāng)增加延遲時基掃描時間因數(shù)，從而增加主時基和延遲時基掃描速度的比例，換句話說也就是提升了數(shù)字示波器的時間分辨力。

3.2科學(xué)驗(yàn)證

在數(shù)字示波器時基誤差檢定過程中，將時標(biāo)信號發(fā)生器的快沿信號設(shè)置為150ps，輸出周期設(shè)置為10ms，啟動局部縮放功能，以延遲時間觸發(fā)點(diǎn)為位置中心，按公式計算出主時基和延遲時基的比例，得出結(jié)論：時間分辨率大于延遲累積誤差，符合條件測量時基誤差。

采用局部縮放功能作為數(shù)字示波器時基誤差的檢定方式，需要針對這一方式進(jìn)行全方位的驗(yàn)證。以TDS7104型數(shù)字示波器為例，通過不同的檢定方法，對其檢定結(jié)果展開細(xì)致的對比工作，具體操作如下：TDS7104型數(shù)字示波器擁有穩(wěn)定的時基時鐘輸出信號，且在實(shí)際運(yùn)行過程中不會受到水平掃描速度和規(guī)定延遲時間的影響，選取文中上述三個方法中的第一種和第三種，再加上局部縮放功能的檢定方法，分別對TDS7104型數(shù)字示波器的時基誤差進(jìn)行檢定，具體得到的時基誤差數(shù)據(jù)分別為4.1×10-6，4.2×10-6，4.0×10-6。比對測試結(jié)果，可看出使用局部縮放功能的檢測方案與檢定規(guī)程提供的方法測出的數(shù)據(jù)具有良好的一致性。實(shí)驗(yàn)表明利用數(shù)字示波器局部縮放功能進(jìn)行時基誤差檢定的方法具有良好的可行性和應(yīng)用效果，能夠有效保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，可作為數(shù)字示波器時基誤差檢定的一種方法。

4.結(jié)束語

數(shù)字示波器時基誤差檢定工作的開展，能合理有效的分析和研究數(shù)字示波器的總體運(yùn)行情況。而現(xiàn)行的檢定規(guī)程無法全面涵蓋數(shù)字示波器時基檢定的各方面情況，需要結(jié)合數(shù)字示波器的具體情況，選擇合適的時基檢定方式。本文從延遲功能出發(fā)，探討發(fā)揮局部縮放功能的優(yōu)勢，將波形進(jìn)行放大，間接提高水平掃描速度的一種時基誤差檢定方法，希望能為具有延時功能的數(shù)字示波器時基誤差檢定工作提供借鑒和參考。

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