ZDS2022示波器百集实操视频之79:信号频率稳定度的测量

大家好,为了达到极致的用户体验,更好地服务于用户,致远电子开通了ZDS示波器用户交流群(微信群),让研发同事来直接面对用户,解答用户疑问!周工(周立功先生)也加入其中,与用户进行亲切互动,其乐融融!群中发生了一些有趣的小故事,本期视频就和大家来分享下第一个小故事。

故事开头

微信群开通第一天,青岛澳邦量器的许工就说,他现在正在用ZDS2022示波器的硬件频率计测量一个信号的频率稳定度,可是没有得到满意的结果,就冒泡提出了疑惑,最后,致远电子研发同事给出最专业的解答。

故事情节

第一个问题当然就是:为什么我用频率计测量不能得出该信号的频率稳定度呢?回答这个问题的关键就是要弄清楚ZDS2022示波器的频率计测量到底是怎么回事?

ZDS2022示波器在测量功能中增加的硬件频率计是根据输入信号直接测量的,当信号频率高时,频率计是对一段时间内的上升沿计数,再换算到单位时间,从而得出这段时间内的频率值;当信号频率低时,是测量信号的一个周期,从而得出该信号的频率值。

硬件频率计的测量结果是一个数值,无法像频率参数测量那样得出测量的最大值、最小值和标准差等,不能很直观得显示信号稳定度,但是由于硬件频率计是硬件直接对原始信号测量,故与采样率无关,所以时基和采样率不会影响硬件频率计的测量精度,并且硬件频率计测量结果会一直更新测量,与示波器的运行和停止状态无关。

故事高潮

那应该如何用ZDS2022示波器对信号的频率稳定度进行测量呢?我们以ZDS2022示波器的Demo板上的一个抖动信号为例进行演示。

测量信号的频率稳定度,首先我们需要从直观上,也就是从波形上看到频率抖动。对于微小的波形抖动并不是任意一台示波器都可以准确观察到的,它至少需要两种条件:高刷新率和示波器本身触发抖动小。

为什么这么说呢?首先若是刷新率很低,那么死区时间就会很大,触发点就会少,导致样本少,不准确。

图1 高低刷新率对比

现在的示波器触发器,一般都采用模拟触发,可是这样会造成示波器本身的触发抖动就会很大,会覆盖信号本身的抖动,故只有具备高精度数字触发的示波器才可能观察到信号微小抖动。

ZDS2022示波器拥有高达33万次/秒的刷新率。

图2 高刷新率原理图

数字触发器使用全数字处理技术,不存在物理通路,不受外在因素(器件特性、环境温度等)影响,因此触发抖动非常小,波形显示稳定性高。

图3 触发器抖动对比示意图

正好满足上述要求。所以我们能够给用户提供这样一种方法。按下【Trigger】键,将触发类型设置为上升沿触发,一键【Persist】开启余辉、色温模式,观察下降沿的抖动情况。这样在直观上,就会看到非常真实的波形抖动情况。

既然在直观上我们看到了很明显的抖动效果,接下来就要用事实说话了,定量地来测一测。

ZDS2022示波器存储深度支持手动设置功能,按下【Horiz】键,把储存深度设为112Mpts,设置合适的时基。ZDS2022示波器共提供了51种参数项,且可以同时显示24种测量结果, 全部都是基于原始采样点测量,没有进行数据抽样,按下【Measure】键,打开参数测量功能,旋转旋钮B选择频率,短按旋钮B选中频率项,在主界面上您可以通过观察测量结果的最大值和最小值,快速了解信号中可能存在的异常;观察平均值、标准差可快速评估信号特性。

事实上,对于高频信号,在保证探头衰减比、电路连接等相关设置操作正确的情况下,采用ZDS2022示波器,运用高刷新率模式,同时可设置高达112Mpts的存储深度,仍能保持1GSa/s的采样率,所以信号频率测量的精度还是非常高的。

故事结局

经过几番对话之后,许工在微信中给我们发来一张图片。

图4 许工的截图

信号抖动很厉害,效果很直观!许工很满意!最后要对许工的积极配合,发给我们现场图片表示感谢!