示波器在查找长时间测量中异常信号的实际应用

摘 要：在电子测量中，经常使用一种叫示波器的调试工具，示波器可以对异常信号进行准确的定位。示波器是一种通用的电子仪器，可以准确地复现电压波形的时间函数。本文对示波器在长时间测量中查找异常信号进行了研究，分析了其实际应用。

关键词：示波器；长时间测量；异常信号

中图分类号：TN914.4 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2017）03-0037-03

The Practical Application of Oscilloscope in Finding Abnormal Signals in Long Time Measurement

FENG Shexiong

（Dongguan WorldCom Instrument Inspection Service Co.，Ltd.，Dongguan 523000，China）

Abstract： In electronic measurement， a debugging tool called oscilloscope is often used. The oscilloscope can locate the abnormal signals accurately. Oscillograph is a kind of general electronic instrument， can accurately reproduce the time function of voltage waveform. In this paper， the abnormal signals are detected by oscillograph in long time measurement， and its practical application is analyzed.

Keywords： oscilloscope； long time measurement； abnormal signal

0 引 言

随着科技的发展，示波器技术也得到了巨大的进步，示波器可以提供多种方法来定位异常信号，可以根据不同场合的实际情况选择合适的方法。这也需要我们对不同方法的原理和特征都有明确的了解，这样工程师在遇到问题的时候，就可以选择最直接、最有效的方法来进行解决。本文根据RIGOL示波器的特点来分析示波器在查找长时间测量中异常信号的具体应用，给出了一些解决办法。

1 确定异常信号

当工程师在调试电路的时候，经常会遇到一些问题，面对这些问题需要进行逐个探测来检测是否出现了异常信号。有些工程师，当他们检查自己认为有问题的地方时，如果发现异常信号就会感到十分的兴奋，或者当他们在检车不希望出现问题的地方时，如果没有发现异常信号也会暗自庆幸，其实出现这种心理情绪就是他们简单的认为异常信号是导致问题出现的主要原因。其实并不是这样，没有异常信号也并非没有问题。一些经验丰富的工程师可以在较短的时间内准确的判断出异常信号的位置，这是因为他们使用了示波器并且结合了特定应用才可以的。

1.1 选择捕获频率快的示波器

并不是所有出现过的波形或者异常信号都会显示在屏幕上，示波器在进行两次捕获之间是有时间间隔的，如果信号出现在间隔时间内，那么示波器就无法捕获，导致部分信号漏失，这段时间也被称为死亡时间[1]。正如下图1所示，对于死亡时间内出现的波形，我们无法看见，而且所有的示波器都有死亡时间，只是时间长短不同。

我们将示波器在一定的时间内可以捕获的波形次数是有限的，波形捕获率就是其每秒钟可以捕获的波形次数。就拿RIGOL MSO/DS4000系列示波器举例，其波形捕获率最快可以达到11万次，表明当上升沿触发时，屏幕上每秒钟会出现11万个边沿。捕获率越高就表明示波器的死亡时间越短，那么漏掉的异常信号也就越少，所以这就要求我们要选择波形捕获率足够高的示波器。通常没有显示异常信号并非是没有异常信号，而是异常信号出现在死亡时间内，我们看不到而已。而且即便捕获率足够高，仍然有一些异常信号会被漏掉。就比如有一些异常信号出现的概率是10亿分之一时，及时使用的示波器是11万次波形捕获率的，那也很难捕捉到，需要较长的时间才可以捕捉到[2]。

1.2 使用余辉模式“稳住”异常信号

选择好示波器之后，通过触发信号边沿，用余晖显示方式对异常信号进行观察。所谓余辉显示，就是能积累所有历史上出现的波形。在本次选择的MSO/DS4000系列示波器中，可以将“余辉时间”设为“无限”，示波器就不会清除之间的波形，下图是MSO/DS4000测量一个方波信号时捕获到异常脉冲的示例。图2是正常波形，图3是捕获到异常时的波形。

从图3我们可以看到，无限模式可以之前检测到的波形保留在屏幕上。目前采用的都是边沿触发，满足条件的波形就会被触发，显示异常信号，但是在余辉模式开启后，时间长了以后屏幕上就会积累很多波形，那也不利于波形的观察。可以将余辉时间设置成具体的值，例如50ms、200ms等，这样测量到的波形就会停留在规定的时间内，方便进行观测。

當遇到对异常信号不够了解的场合时，就可以使用余辉模式。而且，有很多示波器并不具备余辉显示功能，对于没有这项功能的示波器，工作人员只能用肉眼进行观察。

2 让异常信号稳定显示

通过无限余辉显示模式，因为有一大部分工程师只是简单的了解异常信号，所以需要在屏幕上进行稳定的显示，必须设置合理的触发条件[3]。在上图3中，其中有一个脉宽为5ns的脉冲信号，那就是异常信号。触发条件进行如下设置：通过脉宽触发，将触发条件设置为“正脉宽小于”指定的脉宽值，在这个例子中小于10ns就行，适当的调节触发电平，采用普通触发。通过在示波器中进行设置，显示的波形就是符合以上设置条件的。

异常信号通常在正常信号中显示为一个窄脉冲[4]。边沿触发时，因为正常信号和异常信号都符合触发条件，所以都会显示，不利于观察异常信号。但是这是触发信号后，因为显示的都是符合条件的，而且在下一个符合条件的信号出来之前，上一段信号还会显示。

3 如何记录异常信号

用户通过示波器可以找到异常信号，但是很多示波器却没有记录信号的功能。本次选择的RIGOL示波器就不同了，其硬件设备可以进行实时波形录制功能，可以自动进行记录那些满足触发条件的波形，还可以进行回放和分析。当MSO/DS4000示波器在开启波形录制模式后，满足触发条件的波形会被储存在仪器内部，当储存空间占满之后，就会停止储存。并且示波器还会保存录制第一桢波形的相对时间，在回放时，可以观察每种波形的特点或者出现的时间。

4 对异常信号进行比较分析

在电路调试时，异常信号每次出现的情况并不一样，示波器上也可以进行更加细致的分析。示波器上的波形录制功能不仅可以记录这些异常信号，同时还能够对这些异常信号进行分析，判断其是否在规定的范围之内。

图4中，此时的分析模式选择的是“通过测试”，对于出现的新波形，用户都可以跟之前设定好的模板进行比较。

在“规则范围”菜单里，可以调节规则区域的水平或者垂直范围。当波形“穿越”模板中的蓝色区域时，如果其程度超过了设定的门限，会被判定为错误波形。根据图5中给出的总的错误桢数量，可以对每个错误桢都进行分析。为了区别这些错误帧，会通过色谱图形式来呈现，颜色的深浅和模板差异成正比，颜色越深，就说明模板差异越大，观察者可以这些差异了解错误桢数量的分布情况。

5 结 论

本文针对调试中示波器进行了研究，分析了其在查找长时间测量中的异常信号的常见应用，选用RIGOL示波器，并结合其特点提出了一些解决措施。RIGOL示波器有非常高的捕获率，比较适用于捕获那些偶然出现的异常信号。在余辉显示模式下，可以更好地观察特征未知的信号，这样可以对异常信号进行准确的判断。而且示波器上的波形录制硬件模式可以进行波形录制以及进行回放分析，每次出现的符合触发条件的信号都会被记录下来，而且还能进行模板分析。在调试的过程中，通过选择和使用示波器，已经设定触发条件以及选择波形录制器等设备，既可以更好的对异常信号进行测量，可以做到事半功倍。

参考文献：

[1] 董丽萍.示波器在查找长时间测量中异常信号的应用 [J].国外电子测量技术，2015（06）：8-11.

[2] 叶芃.宽带时域采集系统技术研究 [D].电子科技大学，2010.

[3] 深圳市鼎阳科技有限公司.SPO推动示波器技术革新 [J].国外电子测量技术，2016（03）：5-10.

[4] 羅德与施瓦茨推新品R&；S（R）RTE数字示波器——分析功能更强，使用更便捷 [J].广播与电视技术，2014（04）：145.

作者简介：冯社雄（1976.01—），男，广东江门人，本科，毕业于中国计量学院（现中国计量大学），电子工程师。研究方向：电学、无线电和机械电子。