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，重點介紹了時基檢定原理，并通過實驗數(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)字示波器的各項測量技術(shù)指標，時基就是其中的一個重要技術(shù)指標。時基是否準確穩(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)各項技術(shù)細節(jié)中所采用的方法也很多，尤其是面對一些功能實現(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)果準確可靠。因此在實際檢定數(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)分辨力標準，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)字示波器時基項目的技術(shù)指標。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)，將時標信號運行過程所表現(xiàn)出的相對位置變化情況進行充分記錄，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到時基累積誤差的標準，這樣將會降低時基誤差的總體測量準確性。

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)字示波器中的各項設(shè)置情況進行合理性的調(diào)整，使其能夠良好符合數(shù)字示波器的運行標準，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，使上升部分標志點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行延遲時基，測量波形上升部分標志點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)更新和進步，數(shù)字集成電路的運行和發(fā)展越來越能夠有效支持當(dāng)前眾多電子設(shè)備運行狀態(tài)?，F(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，使其具備一定的局部縮放功能，也就是能夠針對波形細節(jié)進行即時性的縮放，促進系統(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)驗證

在數(shù)字示波器時基誤差檢定過程中，將時標信號發(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行全方位的驗證。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，且在實際運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。實驗表明利用數(shù)字示波器局部縮放功能進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。

參考文獻：

[1]楊洋，沈小青，顧衛(wèi)紅，等.基于延遲功能的數(shù)字示波器時基檢定方法研究[J].計量技術(shù)，2016（4）：45-49.

[2]劉佳佳，韋應(yīng)勇，顧衛(wèi)紅，等.數(shù)字示波器檢定規(guī)程中時基檢定方法探討[C]//全國電工儀器儀表標準化技術(shù)委員會電磁測量技術(shù)、標準、產(chǎn)品國際研討會.2014.

[3]Jia J， Wang Y， Zhuang X， et al. High spatial resolution shortwave infrared imaging technology based on time delay and digital accumulation method[J]. Infrared Physics & Technology， 2017， 81：305-312.

[4]范培蕾，馮金玲，趙建輝.基于ZigBee技術(shù)的心電監(jiān)護儀無線檢定儀系統(tǒng)的設(shè)計[J].計量技術(shù)，2017（2）：00125-00126.