示波器测量上升时间的动态误差评估(精)
示波器上升时间计量的误差分析
ｈ （２ ＝１ — ： ． ｔ） 一ｅ Ｃ ０９ Ｒ
即 ｔ ＝ ～Ｒ ｎ ． １ Ｃｌ ０ ９
ｔ ２＝ 一 ＲＣｌ ０． ｎ １
因此 ， Ｃ积分网络 的瞬态上升时 间为 Ｒ
ｔ＝ｔ 一ｔ＝Ｒ （ｎ ． —１Ｏ １ ２ １７ Ｃ ２ １ Ｃ １Ｏ ９ ｎ ．） ．９Ｒ
韩 龙 等 波 器上 升 时 闽计ｉ 的误 差 分析 示
示 波 器 上 升 时 间 计 量 的 误 差 分 析
Ｔ ｅＥ ｒｒｏ ｃｌ ｇ ａ ｈ Ｒｉ ｉ ａ ｇｎ ａ ｚｓ ｈ ｒｏ Ｏｓｉｏ ｒｐ ｓ ＴｍｅＧ ｕ ｉｇＡｎ ｌ ｅ ｆ ｌ ｅ ｙ
韩 龙 朱 长春 郝 荣 赵俊 伟
０． ５ ３
３￣ ｎｓ ５
． ． ． ．
应可表示 为下式 ：
ｔ
ｈ （ ） １ 而） （） ｔ ＝（ 一ｅ ｕ ｔ
（） １
根据 系统瞬态上升时 间的定义 ： 脉冲 幅度从 １ ％上 ０ 升到 ９ ％所经历 的时间。 ０
ｔ． ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要对这 台示波器 的上升 时问进行 计量 ， 根据 脉冲信 号和宽带系统 的理论 ， 要对示 波器这个 宽 带系统 输入 需 激励 脉冲信号 ， 通过测量宽带系统 的输 出反馈信号 ， 来描 述示 波器的性 能。 造成示波器上升 时间测 量误差 来源 主要有 ： 冲源 脉
（） ２
另外 ， 积分 电路 的冲激响应为 （） ￡＝ 一配 （） ｔ ￡
（） ３
］ ＿ … ＿ ＿ ］
０ 一 —＋
对上式进行傅立 叶变换得
（ ） ： １
（） ４
ｊ
Ｔ —— —— —— ＋ ＿
—— —一
示波器带宽与上升时间的计量方法-是德科技大学
示波器带宽与上升时间的计量方法是德科技应用工程师赵勇一．示波器带宽、频响方式以及带宽与上升时间的关系1．示波器带宽与频响方式在考虑示波器的测试信号，尤其是高速数字信号或高频信号时，带宽和上升时间通常是最重要的选择因素。
示波器带宽会影响测试结果，其中最主要的是对高速数字信号上升时间的影响。
示波器带宽是指被测信号幅值衰减到0.707倍时对应的频带宽度。
幅值的平方即为功率，平方后为1/2倍，带宽也即功率在衰减至一半时的频带宽度。
频响方式及其带内平坦度也是影响信号测试的重要因素，示波器的频响方式有所不同，通常有高斯频响与平坦响应方式。
如下图，平坦响应相比高斯响应在示波器带宽内具有更小的衰减。
2.示波器带宽与上升时间的关系信号上升时间通常规定为信号从其幅度稳态最大值的10%（20%）上升到90%（80%）的时间。
示波器的上升时间为示波器能够测量显示的最快上升沿的变化时间。
如下图周期性方波信号的傅里叶级数展开为在使用示波器测量理想的方波信号时，示波器带宽越大，能够测试到越高的奇次谐波，也就可以测试到越小的上升时间。
如下图所示。
)5sin 513sin 31(sin 4)( +Ω+Ω+Ω=t t t t f π2.1 高斯响应示波器带宽与上升时间的关系高斯频响可以表示为式：将高斯频响简化为一阶低通RC滤波器，其阶跃响应为：根据10%-90%上升时间的定义，tr=t2-t1，可以得到：上升时间:时间常量：信号带宽BW≈fH所以，信号带宽与上升时间有以下关系：2.2 平坦响应示波器带宽与上升时间的关系对于平坦响应，高速电路设计理论中[参考1]，信号转折频率Fknee =0.5/tr, 下图所示为数字信号的幅度频谱密度。
数字信号的转折频率大于转折频率的部分，幅度谱密度滚降远大于20dB/decade，对数字信号的特征影响非常小，而低于转折频率的部分包含了数字信号的大部分能量。
所以，我们可以使用转折频率来解释数字信号的频谱特征。
示波器上升时间测量不确定度评定
1.3.4 系统不稳定性引入的标准不确定度分量，用测量重复性表征 u(4) 被校/检示波器校准仪输出 150ps@阻抗 50Ω, 测量数据如下表：
x1 _ 152.69 x6 15x7 153.13
x3 153.08 x8 152.97 152.97
x4 153.02 x9 153.05
δ＝√1 + δ＝√1 +
172 1502 172 702
− 1 ≈ 0.64%
@Tr=150ps @Tr=70ps
− 1 ≈ 2.9%
因此，因为 86100C&86105C 取样示波器的建立时间所引入的不确定度分量为： u(2) ＝0.64%×150ps / 3 ＝0.56ps u(2) ＝2.9%×70ps / 3 ＝1.17ps @Tr=150ps @Tr=70ps
u(1) u(2) u(3) u(4)
1.44ps 0.56ps 0.88ps 0.16ps
表2 标准不确定度分量
@Tr=70ps 标准不确定度值
不确定度来源 标准装置精度引入的不确定度 标准器上升沿建立时间引入的不确 定度分量 标准器数据采集引入的不确定度分 量 系统不稳定性引入的不确定度
u(1) u(2) u(3) u(4)
1.3.2 标准器 Y 轴建立时间引入的标准不确定度分量 u(2) 由于标准仪器测量脉冲的上升时间时， 其自身的带宽有限， 即其建立时间不充分小， 所以要引入一定的测量误差，其测量误差一般用下式进行估算： δ＝ 1
1 －1 n2
式中，n＝被测上升时间/标准仪器的建立时间 因为 86100C&86105C 取样示波器的建立时间约为 17ps（来源于检定证书） ，所以 引入误差为：
@Tr=150ps（1.6
示波器测量误差探讨
解释：ENOB（有效比特位）决定了最终的量化误 差
l ENOB决定了 LDB Error 决定了
± ½ LDB Error
Quantatized Digital Level
Analog Waveforms
Sample Points
l 本底噪声也会贡献幅度的误差
Auguest 2011 | 示波器测试测量误差探讨 | 7
3，时间方向的误差
l 采样时钟本身误差， 采样时钟本身误差，
采样位置是否出现 在理想位置
l 采样芯片叠加采样
误差及内插误差
Interleaving distortions In Time Domain
Phase Errors
Auguest 2011 | 示波器测试测量误差探讨 | 10
3，时间方向的误差
l 模拟信号转变成数字信号时，ADC采样芯片的位数决定了这个误差的大 模拟信号转变成数字信号时， 采样芯片的位数决定了这个误差的大
小，因为位数决定了能把信号最多分成多少等分
N比特垂直精度的数字化仪将 一个模拟电压转换为N比特的 数字 resolution # Bits 8 255:1 N (2n - 1):1 数字化的输出采用带符号的二 进制格式
示波器测试测量误差探讨
Smith Huang Auguest 2011
要点
1. 测量误差的定义 2. 示波器时间轴误差 3. 示波器垂直刻度（幅度）误差 示波器垂直刻度（幅度） 4. 避免误差和改进精度的方法
Auguest 2011 | 示波器测试测量误差探讨 | 2
1. 测量误差的定义ll l l2GHz正弦波 正弦波
2，幅度误差还包括探头引入的误差
• full bw • 500MHz filter • 250MHz filter
示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证
3 结语
总而言之,在当前城市人口越来越多的情况下,对于城市轨道 交通运输也有更高的要求。城市轨道交通中的弱电系统对于城市轨 道交通安全有着非常重要的影响。合理高效的弱电系统能够更好的 提高城市轨道交通的运输能力,保证人们的安全。而弱电系统集成 管理工作就是让弱电系统能够正常运行的重要方法。当前,我国各 城市的城市轨道交通集成管理服务工作正在逐渐发现,相应详细的 服务方法还需要深入研究,进而提出更加合理的服务模式。
由测量方法的原理得被测示波器上升时间Tr的计算公式如下: Tr = 扩展后的实测扫描时间因子×L; Tr—被测示波器上升时间的示值; L—为波形从基本幅度的10%到90%在水平方向所占长度(div)。
装置的A类不确定度为:uA=
=
=1.42(ps)
B类不确定的评定:
9500示波器校准仪脉冲瞬态响应输出的不确定度引入的测量
第 38 卷
数字技术与应用
协调集成方来做好相应的调试准备工作,通过审查系统来对集成方 所提交的相关资料进行核对,对于资料中的各个环节进行具体检 查,确保能够符合合同的相关要求。
对于调试工作来说,分为几个方面。分别是单体调试、系统调 试、综合调试这三方面。其中单体调试就是对单个设备进行运行检 查[4]。而综合调试则是涉及到土建、路线、车辆、信号等等多个环节, 和相关部门的共同配合才能够有效完成,一般情况下是由建设管理 和交通运营公司组织下进行。
第38卷 第4期 第202308年 4卷月
数字技术与应用 数D字ig技it术al与T应ec用hnologyww&
Vol.38 No.4 April 2020
学术论坛
DOI:10.19695/12-1369.2020.04.103
示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证
如何用示波器进行ps级时间精度的测量
如何用示波器进行ps级时间精度的测量――BJLK 在很多领域如雷达、航天、测绘、高能物理、科研、通信系统中都需要对多个通道间的时间间隔进行精确测量，对于一些极端的应用，要求多通道时间间隔的测试的误差要在50ps以下甚至更小，如何尽量克服测量仪器本身的限制以进行如此高精度的时间参数测量呢？本文以Agilent示波器为例，提供了一种方法。
要进行ps级时间测量，首先需要示波器的带宽和采样率不能太低，否则信号失真会带来测量误差。
Agilent的90000系列示波器可以提供13GHz的带宽以及40G/s的采样率，采样点的间隔可以达到25ps，再通过插值，单一通道的时间测量精度可以<5ps，初步提供了精确测量的可行性。
下一步就是如何校正示波器不同通道的时延差以进行多通道时间间隔的精确测量。
示波器前面板上有快沿的校准输出信号（Aux Out），可以把这个校准信号依次连接各个通道，按照校准界面的提示依次完成各个通道的时延和衰减的校准。
具体方法和可以参考示波器Service Guide的说明。
校准完成后通道间的时延误差可以控制在ps量级（<30ps）。
校准可以在现场由用户自己完成，当观察到当前时间相对上次校准时间超过半年或校准温度差别超过5摄氏度时需要重新校准。
通过以下方法可以进一步验证和减小通道间的时延：把示波器的Aux Out输出设为DemoClk输出，经过功分器分成2路，用2根等长的电缆分别送到示波器的2个输入通道并打开平均模式。
测量2个通道上升沿的时间差T1。
然后互换2根BNC电缆，再测量2个通道上升沿的时间差T2。
则此时示波器2个通道间的时延差为(T1+T2)/2。
然后通过在通道skew设置中把这个值输入手动进一步调整延时。
然后再次测量T1和T2，确认T1约等于-T2。
通过以上方法，示波器2个通道间的时延误差和测试电缆不等长所造成的误差基本被消除掉，由于其它不确定性所造成的通道时延误差可以控制在10ps之内。
示波器的频率响应及其对上升时间测量精度的影响
示波器的频率响应及其对上升时间测量精度的影响2003-6-12引言传统上，示波器的频率响应是高斯型的，从它的BNC输入端至CRT显示，有很多模拟放大器构成一个放大器链。
但当代高性能数字示波器普遍采用平坦频率响应。
数字示波器中和高斯频响有关的只是很少的几个模拟放大器，并可用DSP技术优化其对精度的影响。
对于数字示波器来说，要尽量避免采样混叠误差，而模拟示波器不存在这种问题。
与高斯频响相比，平坦型频率响应能减少采样混叠误差。
本文首先回顾高斯响应和平坦响应的特性，然后讨论这两种响应类型所对应的上升时间测量精度，从而说明具有平坦频率响应的示波器与具有同样带宽的高斯响应示波器相比，有更高的上升时间测量精度。
我们的讨论以1GHz示波器为例。
这里的分析结论完全适用于其它带宽。
高斯响应示波器的特性1GHz 示波器的典型高斯频响如图1所示。
高斯频率响应的优点是不管输入信号(被测信号)有多快，它都能给出没有过冲的较好脉冲响应(即示波器屏幕上显示的信号没有过冲)。
在高斯频响示波器中，示波器的上升时间与示波器带宽间有熟知的常用公式:上升时间=0.35/带宽(高斯系统)高斯系统的另一常用特性是它的系统带宽为各子系统带宽的RMS值，可使用下面熟悉的关系式计算:系统带宽= 1/(1/BW2探头2+1/BW2示波器2)0.5 (高斯系统)通常情况下，即使示波器探头带宽比示波器带宽更高，由上述公式计算出来的系统带宽也不会变得很差。
相反，被测上升时间通常与系统及信号上升时间有关，计算公式为:被测上升时间=(RT2信号2+ RT2系统2)0.5 (高斯系统)当示波器系统的上升时间并不比信号上升时间快很多时，则可用该关系式估算信号的实际上升时间。
图1 1GHz 带宽示波器的频率响应平坦响应示波器的特性图1对平坦响应和高斯响应作了比较，由图可以看出，平坦响应有两大优点。
第一是信号在-3dB带宽之前的频响较为平坦，衰减较小，可进行非常精确的测量。
用示波器测量时间
⽤⽰波器测量时间实验步骤：1.⽤x 轴的时基测信号的时间参数（1）测量⽰波器⾃备⽅波输出信号的周期（时基分别为0.1ms/cm ，0.2ms/cm ，0.5ms/cm ）。
（2）选择信号发⽣器的对称⽅波接y 输⼊（幅度和y 轴量程任选），信号频率为200Hz~2kHz（每隔200Hz 测量⼀次），选择⽰波器合适的时基，测量对应频率的厘⽶数、周期和频率（注明x 轴的时基）。
以信号发⽣器的频率为x 轴，⽰波器测量的频率为y 轴，作y-x 曲线，求出斜率并讨论。
（3）选择信号发⽣器的⾮对称⽅波接y 轴，频率分别为200Hz 、500Hz 、1kHz 、2kHz 、5kHz 、10kHz 、20kHz ，测量各频率时的周期和正波的宽度（或占空⽐），⽤内容（2）的⽅法作曲线。
（4）选择信号发⽣器的输出为三⾓波，频率为500Hz 、1kHz 、1.5kHz 、测量各个频率时的上升时间、下降时间及周期。
2.观察李萨如图形并测频率⽤两台信号发⽣器（⼀台为本组专⽤，⼀台为公⽤）分别接y 轴和x 轴（x 轴选择外输⼊），取4/33/22/11/、、、=y x νν时，测出对应的x y f f 和，画有关图形并求公⽤信号发⽣器的频率。
数据处理和误差分析：1.（1）测量⽰波器⾃备⽅波输出信号的周期时基ms/cm 0.10.20.5波形厘⽶数/cm 10.2 5.1 2.2周期ms 1.021.021.10表1哪种时基测出的数据更准确？为什么？答：0.1cm/ms 更为准确,因为时基越⼩,读数带来的误差就越⼩,数据也就越准确。
解释不太好．（2）选择信号发⽣器的对称⽅波接Y 输⼊，信号频率为200Hz~2kHz ，测量对应频率的厘⽶数、周期和频率。
发⽣器频率/Hz2004006008001000厘⽶数/cm 5.0 5.1 3.5 2.6 5.2周期/ms 5.00 2.55 1.70 1.30 1.04测量频率/Hz200.00392.16588.24769.23961.54X轴时基/ms/cm10.50.50.50.2发⽣器频率/Hz12001400160018002000厘⽶数/cm 4.4 3.8 6.4 5.7 5.1周期/ms0.880.760.640.570.51测量频率/Hz1136.361315.791562.501754.381960.78X轴时基/ms/cm0.20.20.10.10.1表2以信号发⽣器的频率为x轴，⽰波器测量的频率为y轴，作出的y-x曲线图图5 对称⽅波信号发⽣器的频率-⽰波器测量的频率曲线图斜率本相同。
示波器实验误差分析
示例波器实验误差分析引言示波器是一种用于观测和测量电子信号的仪器。
在电子工程领域中，示波器是一种非常重要的工具，用于分析和故障排除电路中的信号。
在进行示波器实验时，误差分析是不可忽视的一部分。
本文将对示波器实验中可能引起误差的因素和方法进行分析和讨论。
示波器实验误差来源示波器实验中的误差可以分为系统误差和随机误差两大类。
系统误差系统误差是由于示波器本身的不精确性或者外界环境的影响等原因所引起的误差。
以下是一些常见的系统误差来源：1.增益误差：示波器的增益参数可能存在偏差，导致测量结果出现错误。
为了降低增益误差，可以使用校准仪器和标准信号源进行校准。
2.时间基准误差：示波器的时间基准可能存在偏差，导致测量结果出现时间错差。
为了降低时间基准误差，可以使用外部参考信号进行校准。
3.触发误差：示波器的触发电路可能存在不稳定性，导致触发点发生偏移。
为了降低触发误差，可以调整示波器的触发电路参数或使用外部触发信号。
随机误差随机误差是由于示波器实验中的各种随机因素所引起的误差。
以下是一些常见的随机误差来源：1.噪声: 示例波器在测量过程中一般都会受到噪声的干扰，这些噪声包括热噪声、杂散噪声等。
为了降低噪声的影响，可以提高示波器的信噪比或使用滤波器进行信号处理。
2.抖动: 示波器的显示可能会受到抖动的影响，导致测量结果出现波动。
为了降低抖动误差，可以改进示波器的抖动抑制技术。
误差分析方法对于示波器实验中出现的误差，我们可以采用以下方法进行分析和处理：1.校准: 在使用示波器进行实验之前，首先要进行校准。
校准可以通过使用标准信号源和校准仪器进行。
校准的过程可以调整示波器的增益、时间基准和触发电路等参数，以减小系统误差的影响。
2.数据处理: 在进行示波器实验时，获取到的数据可能存在一定的误差。
对于这些数据，我们可以使用统计方法进行处理，如平均值、标准差等。
这样可以减小随机误差的影响，提高测量结果的准确性。
3.优化测量条件: 在进行示波器实验时，我们可以优化实验条件，以减小误差的影响。
示波器上升时间测量的误差分析
ｌ ｉａ ｏ ｉ ｔ ｔ ｎｏ ｔ ｅ ０ ｃ １ ｓ ｏ ｅ Ａｓａｃ ｎｓ ｑ ｅ ｃ ｆｔ ｉ ｉ ａ ｏｎ ｔ ｅｕ ｅｏｆ ｅｒ ｅｆ ｒｇ Ｏ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｍ ｉ ｆ ｈ ｓ ＿】 ｃ ｐ ． ｏ ｅ ｕ ｎ ｅｏ ｈ ｓｓｔ ｔ ， ０ ｕｉ ｈ ｓ ｈ ｔ ｕｌ ｏ ｌ ｆｃ ｒｅ ｔ Ｔ ｏ ｌ ａ ＊ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆ ｔ ｅ ｕ ｃ ｒａ ｎ ｉ ｓ ｆ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｄ ｔ Ｈｅ ｃ ．ａ ｔ ｏ ｇ ｔ ｅ ｑ ａ ｒ ｔｃ ｅ ｒ ｅ ｄ ｏ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｎ ｅ ｔ ｉ ｔｅ ｏ ａ ｕ ｅ ｎ ａ ａ ｈ ｎ ｅ ｌ ｕ ｈ ｈ ｕ ｄ ａ ｉ ｎＤ ｈ ｅ ｔｍａ ｉ ｎ ｇ ｖ ｓａ ｇ ｏ ｐ ｅ ｌｍｉｓ ｔ ｅ ｅＴ ｉ ｔ ｅ ａ ｌ ｏ ｂ ｅ ｉ ｂ ｙ ｕ ｅ ｆ ｒｅ Ｏ ＂ ｏ ｒ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔｏ ｜ ｅ ｏ ｄ ｕ ｐ ｒ ｉ ｔ ｏｆ ｈ ｌＯ ＂ｈ ｙ ｃ ｌ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌａ ｌ ｓ ｄ ｏ Ｉ Ｉ ｒｅ ｔ ｎ １ Ｔ ｃ ｉ
采 用 这一 “ 规则 ”估计 得到 的被 测脉 冲上 升 时间 ，其 误差 影 响的范 围必须 给予确 定 ，本文
收 一 日期 ｒ２ ０ —０２ ０ １１ ．２ 作 ● ■舟 ｒ 余学 锋 ，（ ９ ５ ） 男 ． 高 级 工程 师 １６ 一 ．
维普资讯
时，有一条 “ 规则 ”就被使用 ：根据 示渡器技 术指标所 给 的带 宽 ，换 算出示波 器建立 时间 ，
然 后 对 示 波 器 观测 到 的 脉 冲 上 升 时 间 采 用 方 和 根 公 式 进 行 修 正 。从 理 论 分 析 可 知 ，这 一 “ 规 则 ”在 使 用 中 隐 含 了 许 多 假 设 条 件 ， 在 实 际 工 作 中 ，这 些 条 件 有 时 并 不 能 完 全 满 足 ， 此 时
示波器实验报告的误差
示波器实验报告的误差引言示波器是电子测量仪器中常用的一种，用于观察和分析电信号的波形和特征。
在示波器实验中，我们通常会遇到一些误差，这些误差可能会影响到实验的准确性和可靠性。
因此，理解示波器实验中可能出现的误差，对于正确分析和解读实验结果是非常重要的。
误差来源及类型1. 示波器的固有误差：示波器在制造过程中，由于元器件的精度、质量和技术水平等方面的限制，会存在一些固有误差。
这些误差主要影响示波器的测量精度和灵敏度。
2. 测量探头的误差：示波器通常需要使用测量探头进行信号的采样和测量，而探头本身也会引入一定的误差。
例如，探头的频率响应不均匀、输入阻抗不匹配、非线性等问题都会对测量结果产生一定的影响。
3. 信号干扰引入的误差：示波器在进行信号测量时，很容易受到外部环境中的干扰，例如电磁干扰、地线干扰等。
这些干扰会使得信号波形和特征发生变化，从而导致测量结果的误差。
误差评估和补偿为了准确评估示波器实验中的误差并尽量减小误差对实验结果的影响，可以采取以下方法：1. 校准示波器：在进行示波器实验之前，应该对示波器进行校准。
校准可以通过使用标准信号源进行比对测量，校正示波器的刻度和增益等参数，从而提高测量的准确性。
2. 选择合适的探头：探头是示波器实验中重要的组成部分，选择合适的探头对于准确测量非常重要。
应根据测量的信号频率和振幅范围选择合适的探头，并注意探头的频率响应和阻抗特性，以降低测量误差。
3. 防止信号干扰：尽可能减少示波器实验中的信号干扰是有效减小误差的措施之一。
可以通过合理布置电路连接、增强地线的接触和屏蔽等方式来降低外部干扰对信号测量的影响。
4. 多次测量取平均：由于示波器实验中的误差可能具有一定的随机性，进行多次测量并取平均值可以减小误差对实验结果的影响。
通过多次测量平均可以提高实验的可靠性和准确性。
误差分析实例以利用示波器测量电阻值为例进行误差分析。
假设要测量某电阻R的阻值，并将电阻与示波器连接。
数字示波器上升时间测量结果的不确定度评定
数字示波器上升时间测量结果的不确定度评定摘要：评定了数字示波器检定中实时上升时间测量结果的不确定度，讨论了影响测量结果不确定度的主要误差来源，包括示波器校准仪快沿脉冲、测量重复性、垂直分辨力、水平分辨力、读数分辨力。
同时，以一组实验结果为例，给出了不确定度评定结果。
关键词：数字示波器；上升时间；不确定度0 引言在脉冲测量技术中，数字示波器是应用最为广泛的观测仪器。
上升时间是数字示波器的一个重要技术指标，上升时间愈小，示波器所能观测的脉冲信号包含的频谱分量愈丰富，谐波次数愈高，对应的频带宽度愈宽。
本文主要讨论数字示波器检定过程中上升时间测量结果的不确定度评定。
1 测量方法1.1依据：GJB7691－2012《数字示波器检定规程》。
1.2环境条件：温度（18～28）℃，相对湿度≤80%。
1.3实验过程：Fluke5520A（SC600）示波器校准仪输出上升时间为300ps的快沿脉冲信号（频率为1MHz，幅度为500mV），TDS3032数字示波器选置128次平均采集模式，垂直偏转系数置100mV/p，扫描时间系数置2ns/p,用数字示波器的上升时间测量功能直接测量脉冲上升时间，在重复性测量条件下独立测量6次。
2影响测量结果不确定度的主要来源分析在上升时间测量时，采用的是直接测量法，因此在分析其不确定度时按直接测量进行评定。
在实验中，示波器校准仪输出快沿脉冲上升时间为300ps，与TDS3032数字示波器标称上升时间1.2ns之比为1:4，因此上升时间测量值不需要进行修正。
使用的测量仪器的技术指标按B类方法评定，测量数据的分散性按A类方法评定，然后计算其合成标准不确定度及扩展不确定度：(1)=k (2)影响测量结果不确定度的主要来源有：（1）测量数据的分散性引入的标准不确定度，用测量重复性表征；（2）示波器校准仪快沿脉冲信号引入的标准不确定度；（3）数字示波器垂直分辨力引入的标准不确定度；（4）数字示波器水平分辨力引入的标准不确定度；（5）上升时间测量读数分辨力引入的不确定度。
示波器的上升时间与频宽
关键字：安捷伦安捷伦科技agilent示波器模拟引言：传统上，示波器的频率响应是高斯型的，是由许多具有类似频响的电路元件组合而成的，传统的模拟示波器就是这个样子，从它的BNC输入端至CRT显示，有很多模拟放大器构成一个放大器链注1。
有关高斯频响示波器的特点，在行业内已经广为人知。
但鲜为人知的是当代高性能数字示波器所普遍采用的平坦频率响应。
数字示波器中和高斯频响有关的只是很少的几个模拟放大器，并可用DSP技术优化其对精度的影响。
对于数字示波器来说，还有一件重要事情是，要尽量避免采样混叠误差注2，而模拟示波器是根本没有这种问题的。
与高斯频响相比，平坦型频率响应能减少采样混叠误差，我们在这里首先回顾高斯响应和平坦响应的特性。
然后讨论这两种响应类型所对应的上升时间测量精度。
从而说明具有平坦频率响应的示波器与具有同样带宽的高斯响应示波器相比，有更高的上升时间测量精度。
我们的讨论以1GHz示波器为例。
这里的分析结论完全适用于其它带宽。
高斯响应示波器的特性1GHz 示波器的典型高斯频响如图1所示。
高斯频率响应的优点是不管输入信号(被测信号)有多快，它都能给出没有过冲的较好脉冲响应(即示波器屏幕上显示的信号没有过冲)。
图2示出1GHz高斯频响示波器对快沿阶跃信号的脉冲响应。
在高斯频响示波器中，示波器的上升时间注3与示波器带宽注4间有熟知的常用公式 ...上升时间= 0.35 / 带宽注5（高斯系统）高斯系统的另一常用特性是它的系统总带宽注6为各子系统带宽的RMS值，可使用下面熟悉的关系式计算:通常情况下，若示波器探头带宽比示波器带宽更高，系统带宽不会变得很差。
相反，被测上升时间通常与系统及信号上升时间有关，计算公式为:当示波器系统的上升时间并不比信号上升时间快很多时，则可用该关系式估算信号的实际上升时间。
图1对平坦响应和高斯响应作了比较。
应注意它在-3dB前有更为平坦的频率响应，但在-3dB后迅速下降。
这样的响应形状有时也称为最大平坦响应或砖墙响应。
示波器测量上升时间的动态误差评估(精)
74计量与质量专题学术交流会论文专辑2007年第27卷增刊示波器测量上升时间的动态误差评估杜亮(中国一航空空导弹研究院计量测试中心,河南洛阳471009摘要:就使用示波器进行上升时间测量时,选用不同的带宽、采用率、采样方式、拟合方式及打开通道数目的不同对测量结果所产生的动态误差进行了评估,最后说明了探头、反射、非线性对测试结果的影响。
关键词:上升时间;带宽;采样率;采样方式;拟合方式0 前言在许多测试过程中,评定信号的上升时间是一项基础工作。
系统识别和放大器的大信号特征分析即是典型的例子,当示波器的测试动态范围比测试的信号动态范围宽时,上升时间的测量就变得简单明了。
然而,假如示波器对测量结果的影响不能忽略时,就必须评定其误差。
在实际测试过程中,许多工程师为了减小示波器的动态特性对测量信号的影响,首先考虑的是示波器的带宽,其次是测试过程所带来的误差,如:探头、反射、非线性对测试结果的影响。
1 根据示波器的带宽来评定其动态特性根据示波器的带宽来评定其动态特性,这个经验准则被众多技术人员所采用。
我们经常使用这种经验准则,但对它的有效性没有做进一步的调研,而且隐含的假设条件与实际情况不符,并且基本上是相互矛盾的。
基于此,使用近似准则对上升时间的测量就无法提供有充分根据的误差范围。
从计量学的角度看,上升时间通常从10%到90%来定义,也就是阶跃响应从幅度的10%上升到90%所持续的时间。
一个一阶低通滤波系统LP1,特征频率f1= 1/2=1/(2 T1,带宽为BLP1=f1,它的阶跃响应为u a,LP1(t=1-e- 1t(1阶跃响应的上升时间t r,LP1为t r,LP1=ln91=ln92 B LP10 35B LP1(2如果示波器的动态特性用时域中一个常数T1来衡量,它就可以被描述成一个一阶低通滤波器,可以使用公式(2。
由此可导出示波器的频带宽度和上升时间的转换关系:t r,osc=0 35B osc(3尽管(3式仅仅对一阶低通滤波器有效,但我们将在下面对很多实际系统用略微不同的常数来说明函数关系式(3的有效性。
影响示波器上升时间计量准确度的因素分析
影响示波器上升时间计量准确度的因素分析摘要数字示波器代替了传统的模拟示波器，得到了广泛的应用。
在其应用测量中，上升时间是重要的技术指标，上升时间计量准确度的评定测量显得极为重要。
根据示波器的检定规程中对上升时间的标准，排除上升时间影响计量准确度的因素，才能更好地完成评定，保证评定效果。
本文从示波器上升时间测量原理入手，分析影响计量准确度的因素，供行业人士参考。
关键词示波器；上升时间；计量准确度；评定；影响前言示波器在检定中，自身的上升时间是不可忽视的重要指标，根据上升时间的检定，能确定示波器的瞬间响应能力。
示波器在不同设置状态下，上升时间会有不同的影响，在检测时需要展开对上升时间的检定，分析其影响因素，进一步确保检定的准确性。
1 示波器上升时间测量原理和方法示波器是一种电子测量仪器，方便人们研究用电现象，将电信号用波形图像的方式表达出来，更为直观具体，表示被测量信号的变化路径。
在信号数字化技术的不断推动下，数字示波器得到了广泛的应用，尤其是和传统的模拟示波器相比，性能更优异，而且操作简单，电子测量准确度明显提高，在一定程度上数字示波器已经代替了传统的模拟示波器。
上升时间的测量能影响到信号准确度，因此对上升时间的检定影响因素分析不可忽视。
在示波器上升时间的计量检定上，需要将其调到默认出厂设置，然后选择具体的测量通道，设定相应的参数值，关闭其他通道，以免影响到测量结果。
选定示波器的相应系数，然后将其设置内触发形式，调节示波器的参数，让波形图更加稳定的显示在屏幕上，调节相应的脉冲信号输入方式，改变位置旋钮，改变其屏幕显示范围，让其波形上升时间呈现出相应的斜率。
在底部显示的变化时，调节其位置，然后借助示波器自带的上升时间测量，读取上升时间数据并做好记录[1]。
2 影响示波器上升时间计量准确度的因素上升时间是示波器的重要衡量指标，很多因素都会影响到示波器上升时间计量准确度，具体如下：2.1 取样方式采用相应的脉冲测量示波器的上升时间，保证脉冲速度，分析不同取样方式下上升时间数值的差，按照示波器上升时间计量检定的方法进行计量；然后选择不同的上升时间脉冲，通过取样时间的间隔，选择不同的通道进行相应采样，并重复测量后对比，包括重复取向数据和实时取样数据，然后进行波形测量验证。
数字存储示波器上升时间测量不确定度评定
数字存储示波器上升时间测量不确定度评定王武华【摘要】The calibration method is described in the GJB7691-2012 for rise time of digital storage oscilloscope(DSO),some main uncertainty sources of rise time evaluation are discussed, including the standard signal&its errors, the DSO vertical distinguish dint, horizontal distinguish dint and the repeatability. Combining with an example of experiment, the analysis and uncertainty evaluation results of rise time with the method is presented, making reference to Build up and keeps of measure standard.%本文阐述了GJB7691-2012《数字示波器检定规程》中实时上升时间的校准方法，分析了主要的不确定度来源，包括标准源快沿误差、数字存储示波器垂直分辨力、水平分辨力和重复性等，并结合实例，给出了数字示波器实时上升时间的不确定度评定过程和结果，为测量标准建立与保持提供参考。
【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2016(023)010【总页数】3页(P15-17)【关键词】计量学;数字示波器;上升时间;校准;不确定度【作者】王武华【作者单位】91388部队96分队，广东湛江 524000【正文语种】中文【中图分类】TB973由于信号数字化技术的发展，数字示波器的广泛应用，已经替代了模拟示波器，且功能更强大，操作更方便，精确度更高。
数字示波器动态校准技术
②动态测量特性：主要包括交流增益、频带宽度、 时基误差、采样速率、动态有效位、信噪比、△ｒ时间
国防军工热学、流量计量与测试技术交流会论文专集
・９１・
的误差，尤其是在多通道实时采集方式下使用及被测 信号的上升时间接近示波器的上升时间时，测量时对
不同采样与拟合方式必须加以考虑这些因素的影响。
一４８
ｄＢ。需要注意的是数字示波器通常给出的垂直分
辨力（８ ｂｉｔ），并不反映它真实的性能，它的实际性能
由有效位数表示，宽带数字示波器典型的有效位数是 ４．６—６位，因此测量用正弦信号发生器失真大于一３６ ｄＢ，这种测试通常在一个垂直灵敏度档（通常在５０ ｍＶ／ＤＩＶ）下进行，所以需要一个输出为２００ 达到这个水平。 ４测量时基准确度 当今最好的数字示波器的时基误差是１０×１０～一
・９０－
《计测技术》２００８年第２８卷增刊
数字示波器动态校准技术
杜亮
（中国一航空空导弹研究院计量测试中心，河南 洛阳４７１００９）
摘要：介绍了数字示波器的静态和动态校准项目，并对数字示波器的部分动态校准项目作了技术分析。 关键词：动态校准；上升时间；有效位数；时基
１动态测量与数字示波器测量特性
所谓动态测量是指为确定量的瞬时值及（或）其
确度。由于数字示波器基线是数字化控制的，也可以
ＣＭＯＳ上
升时间测量中仅引入２．６％的幅度误差，而５００ ＭＨｚ示
波器则引入１０．３％的误差。
３数字示波器的有效位数
有效位数测试用于定量表示数字示波器中Ａ／Ｄ变 换器的动态特性，这种测试包含许多Ａ／Ｄ变换器误差
只选择几个频率点，用测量功能来测量这些点的频率
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74计量与质量专题学术交流会论文专辑2007年第27卷增刊示波器测量上升时间的动态误差评估杜亮(中国一航空空导弹研究院计量测试中心,河南洛阳471009摘要:就使用示波器进行上升时间测量时,选用不同的带宽、采用率、采样方式、拟合方式及打开通道数目的不同对测量结果所产生的动态误差进行了评估,最后说明了探头、反射、非线性对测试结果的影响。
关键词:上升时间;带宽;采样率;采样方式;拟合方式0 前言在许多测试过程中,评定信号的上升时间是一项基础工作。
系统识别和放大器的大信号特征分析即是典型的例子,当示波器的测试动态范围比测试的信号动态范围宽时,上升时间的测量就变得简单明了。
然而,假如示波器对测量结果的影响不能忽略时,就必须评定其误差。
在实际测试过程中,许多工程师为了减小示波器的动态特性对测量信号的影响,首先考虑的是示波器的带宽,其次是测试过程所带来的误差,如:探头、反射、非线性对测试结果的影响。
1 根据示波器的带宽来评定其动态特性根据示波器的带宽来评定其动态特性,这个经验准则被众多技术人员所采用。
我们经常使用这种经验准则,但对它的有效性没有做进一步的调研,而且隐含的假设条件与实际情况不符,并且基本上是相互矛盾的。
基于此,使用近似准则对上升时间的测量就无法提供有充分根据的误差范围。
从计量学的角度看,上升时间通常从10%到90%来定义,也就是阶跃响应从幅度的10%上升到90%所持续的时间。
一个一阶低通滤波系统LP1,特征频率f1= 1/2=1/(2 T1,带宽为BLP1=f1,它的阶跃响应为u a,LP1(t=1-e- 1t(1阶跃响应的上升时间t r,LP1为t r,LP1=ln91=ln92 B LP10 35B LP1(2如果示波器的动态特性用时域中一个常数T1来衡量,它就可以被描述成一个一阶低通滤波器,可以使用公式(2。
由此可导出示波器的频带宽度和上升时间的转换关系:t r,osc=0 35B osc(3尽管(3式仅仅对一阶低通滤波器有效,但我们将在下面对很多实际系统用略微不同的常数来说明函数关系式(3的有效性。
对于具有单极滤波器的数字示波器,-3dB带宽(以H z表示与10%~90%上升时间关系的常数是0 35(精确是0 34970。
当带宽相对较低并且大多数数字示波器使用简单的单极滤波器时,用此公式表示数字示波器带宽与其上升时间的关系是比较合适的;但是,随着电子电路的带宽的提高,仅靠简单的单极滤波器是远远不能满足通带的要求的。
数字示波器设计师使用不同类型的滤波器来扩展他们的仪器的通带,表1列出了若干不同滤波器类型的某些常数,从表1中可以看出与0 35经验法则有某些大的差异。
表1 几种不同的滤波器和他们的上升时间与带宽的乘积滤波器类型上升时间带宽(R B WG aussian0 39902nd order Butter w orth0 34192nd order Besse l0 3421si ng le po le0 3497s i n(x/x0 35443rd order Butter w orth0 36423rd orde r E lli pti ca l0 37045th order Butter w orth0 40765th order E lliptica l0 4245B rick W a ll0 445810th order Butter w orth0 4880作者简介:杜亮,男,工程师,主要从事无线电计量研究。
计测技术误差分析 75公式(4是我们经常使用的测量上升时间的公式:t2r,sig=t2r,meas-t2r,osc(4然而,利用此公式计算出的实际上升时间是不确定的。
一方面即使用最高时间分辨力的示波器来测量t r,meas通常有百分之一左右的量程的读数误差;另一方面也不知道准确的t r,osc。
一台示波器的具体带宽指标通常是一个最保守的值,通常示波器的实际带宽要比具体给出的指标高5%到20%,此外,由公式(3可知,带宽和上升时间之间的转换引入了一项不确定度。
在校准数字示波器的上升时间时,不同的采样方式、拟合方式及打开通道数的不同对校准结果的影响是不容忽视的。
用泰克公司的500MH z带宽的数字示波器TDS7054分别在重复采样方式、实时采样方式、正弦内插方式、线性内插方式、打开2通道、打开4通道等各种方式下分别对150ps的快沿信号进行上升时间的测量,其测量结果是有差别的,下面是各种方式下上升时间的实测值表。
表2 不同方式下同一上升时间的实测值方式实测值/ps重复采样方式556 2实时采样方式629 8正弦内插方式549 4线性内插方式561 4打开2通道方式549 2打开4通道方式567 7从上述实测数据表中可以看出,各种方式下上升时间的测量结果是不一样的,所以应根据实际测试信号的情况合理地进行示波器的设置,尽量减少不合理的设置给测试结果带来的误差,尤其是在多通道实时采集方式下使用及被测信号的上升时间接近示波器的上升时间时,测量时对不同采样与拟合方式必须考虑这些因素的影响。
不同采样方式所测上升时间不同,宜区分为重复上升时间与实时上升时间;拟合方式应尽量选择正弦内插拟合方式;打开通道数的不同,实时上升时间有可能不同。
上升时间受上述多种因素影响且具有多值性,对量值的准确性有重要影响。
实际测试时,要求用户根据信号性质及测量要求对不同采样方式和通道数加以合理选用,估算具体条件下示波器的影响,从而提高测量准确度。
不适当的带宽对上升时间测量结果所带来的影响是不容忽视的,例如:1GH z示波器在1 5ns C MOS 上升时间测量中仅引入2 6%的幅度误差,而500MH z 示波器则引入10 3%的误差。
2 探头、反射、非线性对测试结果的影响示波器的有限带宽到目前为止已被作为单一的误差源,而在实际测试过程中有几种其它的误差项无法用模型来解释,除了静态误差,如时基误差、读数误差不在本讨论之列,其余最主要的是下述几项:探头:探头电容C prb,源阻抗R src连同接地线电感L lead组成一个串联谐振电路,该电路具有下述的特征参数2=1L lead C prb,D=R src2,C p r bL lead(5这种探头电路能使输入信号失真。
这种影响基本上可以参照二阶示波器模型,通过计算相应的上升时间及应用t r,meas=t2r,osc+t2r,sig进行误差评估。
然而实际情况L lead是很难确定的,因此常用的解决方案是通过使用小电容、小电感探头来减小这种影响。
反射:每当阻抗改变时都被看作一个反射源,如果不仔细设计安排测量步骤,由反射源引起的信号失真就相当大,由幅度失真所带来的时间误差是不容忽视的,要进行合理的误差评估也是很困难的。
非线性影响:用模型无法描述非线性的影响,通常最重要的非线性影响是饱和失真、转换速率限制和可变源阻抗。
由于非线性影响,带宽上升时间之乘积不再恒定;同样,上升时间的计算也变得非常复杂。
在示波器中非线性的影响是靠严谨的设计来减小的。
3 结论关于上升时间测量的两种普遍经验准则已经被论述,它们适用于最差情况下的误差评估。
实际情况动态误差总是在评估的误差范围之内,带宽上升时间之乘积在不同的频响下仅有微小的差别并基本上接近0 35。
二次方程误差评估给出了一个最保守的误差限,在多数情况下,测量误差要比评估误差小得多;然而,通过我们分析,示波器测出的上升时间甚至要比输入信号的上升时间小。
这种情况我们在实际测试过程中76计量与质量专题学术交流会论文专辑2007年第27卷增刊也曾观察到过,如果根据经验准则,根本无法得出这种现象。
由于上升时间误差随着信号波形不同而变化较大,如果不知道实际的信号波形,要给出合理的误差评估是很困难的。
参考文献[1]梁志国,等 JJ F1057-1998,数字示波器校准规范[S][2]国防科工委科技与质量司无线电电子学计量[M] 北京:原子能出版社,2002[3]梁志国方波上升时间的测量不确定度[J] 计测技术,2006,26(3:43-45高精度传动齿轮检测误差分析及检测方法的改进刘军(中国一航西安航空发动机(集团有限公司计量测试所,陕西西安710021摘要:通过对某型发动机高精度传动齿轮实际检测中检测误差的分析与论证,找出了产生测量误差的原因。
分析表明,由于受零件结构影响,采用与零件定位内孔有间隙的检测心轴检测齿轮时,理论检测基准与实际检测基准不重合,导致检测结果不能反映出齿轮的真实的质量状态。
在采取相应检测方法改进措施后,此类问题得以解决。
关键词:渐开线齿轮;误差分析;检测1 转动齿轮结构某机涡扇发动机传动齿轮,齿形设计为中凸齿形,精度高,其中,径向跳动0 023~0 038mm;齿形公差0 0025mm;最大周节差0 005mm。
该类零件品种多,共计32种;齿数从11~96不等。
典型零件基本结构见图1。
图1零件主要由靠近左右端面的两个精密内孔和高精度内花键以及外表面高精度轴承跑道和高精度外齿组成;设计检测基准为两个精密内孔中心。
根据零件结构状况,由于零件内孔为台阶孔,且台阶孔长度较短,加之两孔中间有内花键,所以检测时不能用锥体心轴检测,采用检测心轴以两个精密内孔定位进行检测。
见图2。
在检测时发现,直接在加工心轴上检测出的结论与在检验心轴上检测出的结论有时数值差距较大,且在同一检测心轴上多次检测出的结论有时也存在较大差异,不能够准确反映零件加工的真实质量状况。
图22 检测状况分析以11齿齿轮检测为例,检测时,分别采用:1以定位内孔为测量中心进行检测,检测结论见表1检测数据(1;2以加工心轴中心为测量中心找正齿顶圆在0 01 mm范围内进行检测,检测结论见表1检测数据(2;3以加工心轴中心为测量中心将零件任意安装在加工心轴上进行检测,检测结论见表1检测数据(3;4以加工后齿轮节圆中心为测量中心进行检测,检测结论见表1检测数据(4。
四种测量方法检测数据统计如表1所示。
根据检测数据汇总对比统计见表2。
作者简介:刘军(1963-,男,西航公司计量测试所副所长,工程师,主要研究方向为计量管理与计量检测技术研究。