《信号波形测量一》PPT课件

（2） 通过触发控制来实现波形的存储
7.2 波形的数字测量
7.2.2 采样点的存储（续）
（3） 触发与触发释抑
输入信号 波形显示
ab
普通模式
波形显示
经过 触发释抑后
7.2 波形的数字测量
7.2.2 采样点的存储（续）
（3） 触发与触发释抑
释抑时间
①,②分别表示不同的触发点。 ⑴,⑵分别对应①,②不同触发点所 采集的波形。
•
对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，谐波频率分量也越
高。
7.1 波形的模拟测量
7.1.1 CRT
由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组
成。
偏转系统
荧光 屏
电子枪
G1
Y偏转板 X偏转板
K
G2 A1 A2
荧
F
光
屏
-E 辉度
聚焦
辅助聚焦 +E 后加速极A3
1 电子枪
• 作用：发射电子并形成很细的高速电子束。由灯丝F、阴极 K、栅极G1和G2和阳极A1、A2组成。
么样的问题？
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集(续)
（2）等效采样 顺序采样:
3
4
5
6
7
8
2
9
1
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集(续)
Trig-1
（2）等效采样
Trig-2
Trig-3
Trig-4
随机采样
t1
第一次采样
t2
第二次采样
t3 第三次采样
t4 第四次采样
3 1 4 2 31 4 2 3 1 4 2 3 1
7.2.4 波形显示（续） 1．液晶显示原理
7.2 波形的数字测量
7.2.4 波形显示（续） 2．TFT液晶器的驱动时序
7.2 波形的数字测量
7.2.4 波形显示（续）
3．波形的显示
7.2 波形的数字测量
7.2.4 波形显示（续）
3．波形的显示
如何显示 模拟余辉 的效果？
7.3 示波器原理与设计
触发电路
校准信号 输出
校准信号 发生器
扫描 发生器
至各电路 低压电源
水平 放大器
至X 偏转板
高压电源
正高压 负高压
Ux
U x -U x
t
（2）X、Y偏转板上分别加变化电压（续）
李沙育（Lissajous）图形显示，常用在相位和频率测量中
uy
1
1
2
0 2 4t
04
3 3
u0y
4
04
1 3t 3
0 24
1
2 2
ux
ux t
0 1
2 3
4
两信号的初相相同，且在X、Y 方向的偏转距离相同，在荧光 屏上画出一条与水平轴呈45度 角的直线。
G1
G2
A1
A2
K
2 偏转系统
• 两对相互垂直的平行金属板，垂直偏转板和水平偏转板 。 • 电压偏转偏转距离。偏转距离与偏转电压成正比。
lS y 2bVa Vy
L：偏转板长度；S：偏转板中心到屏幕中心距离； b：偏转板间距；Va：阳极A2上的电压。
偏转灵敏度（cm/V）：
Sy
lS 2bVa
偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。 其倒数为偏转因数。
7.2.3 波形的处理（续）
1波形的内插
线性插值
正弦插值
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理（续）
2.波形参数计算
波形参数都有哪些？ 各有什么含义？ 如何计算？
？
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理（续）
2.波形参数计算
电压类参数
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理（续）
扫描过程的增辉（逆程消隐）：为使回扫产生的波形不在荧
光屏上显示，可以设法在扫描正程期间，给示波器增辉。
uy1
5
1
5
0 2 4 6 8t 0 8 2 4 6
3
7
Ty
3
7
Tx=2Ty
不增辉产生回扫线
ux t
4．同步的概念
uy
t T ux y
7.1.2 波形显示的基本原理（续）
Tx=nTy，扫描电压与被测电 压“同步”。荧光屏上将稳定 显示n个周期的被测信号波形。
1
0 2 4t
2 04
3
3
Ux Ux
2
1 3t
0
4
(-bU)y Ux=0、Uy=常量
-Ux
43 0 12
（2）X、Y偏转板上分别加变化电压（续）
Y偏转板加正弦波 ，X偏转板加锯齿 波，荧光屏上将 显示出被测信号 随时间变化的一 个周期的波形曲 线。
Uy
Uy 1
0
2
4t
3
1 2 0
4 3
-U y 0
0 1
2 3
4
两信号的初相相差90度， 且在X、Y方向的偏转距离 相同，在荧光屏上画出的图 形为圆。
7.1.2 波形显示的基本原理（续）
3．扫描的概念
在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压，光点在水平方 向的偏移距离为：
光点在锯齿波作用下扫x动的Sx过 k程t 称h“xt扫[c描m ”/ s，] 实现扫描的锯 齿波电压称“扫描电压”，光点自左向右的扫动称为“扫描 正程”，自右迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程” 。
被测波形的方法。 等效采样 repetitive sampling
对于周期（重复）信号，每次在一个信号周期采集一定
数量的采样点，经过对多个信号周期进行多次采集，积累足够的采 样点数量，并基于多次采集之间的时间关系，对采样点重新排列， 进而显示出被测波形。 采样率
单位时间内对信号进行采样的次数（Sa/s或SPS）。为区分实 时采样和等效采样，通常将基于实时采样的采样率称为实时采样率， 基于等效采样的采样率称为等效采样率。
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
7.3.2 模拟示波器原理
Y输入
Y输入 电路
Y前置 放大器
延迟线
Y后置 放大器
至Y 偏转板
内
外触发 外 电源
X输入
2.波形参数计算
时间类参数
7.2 波形的数字测量
7.2.4 波形显示
波形的数字测量中，对波形的显示通常有模拟和数字两种处理手段：
显示怎么又分为模拟和数字？如何实现？
？
7.2 波形的数字测量
7.2.4 波形显示（续）
1．液晶显示原理
液晶分子
光射出
（a）未加电场 （b）加上电场
液晶分子
光不能射出
7.2 波形的数字测量
• 例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次谐波分量递加而成。
• 1次（基波） 3次
5次
7次
方波(2500次)
• F(x)=2E/ Π(sin(ωt)+1/3sin(3 ωt)+1/5sin(5 ωt)+1/7sin(7 ωt)+……)
•
对于非正弦波由最小值过渡到最大值的时间越短，所含的谐波分量
也就越多，波形所含谐波的频率也越高。
触发释抑，波形稳定显示
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理
被测波形被转化为离散的数字序列并被捕捉、存储下来后，其最大好处便是可 以利用处理器强大的功能进行波形的各种处理和运算。 在这一环节主要包含两方面的工作，即波形重构和波形参数的测量。
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理（续）
1.波形的重构:
抽样
v (a)
t
v t
(b)
(c)
t
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理（续）
1.波形的重构:
插值/内插
(a)
(b)
(c)
7.2 波形的数字测量
7.2.3 波形的处理（续）
波形的内插
波形内插的方法主要是指波形再现的插值算法。 线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘
ADC1ADC0
ADC1ADC0
输入 信号
ADC1 ADC1
ADC0
CLK0
t
ADC1
CLK1
t
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集(续)
（1）实时采样
多ADC并行交替采样与校正技术专题讨论 并行采样的优缺点？ 并行采样的误差来源有哪些？ 这些误差分别影响采集的哪些性能？ 误差校正的方法有哪些？ 目前该技术的发展情况怎样？还存在什
为提高偏转灵敏度，Y偏转板靠近电子枪，而X偏转板在Y 的右边。偏转板至荧光屏之间加一个后加速阳极A3。
3 荧光屏
将电信号变为光信号
辉度调节、余辉效应
7.1.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形
（1）Ux、Uy为固定电压
x
y
（2）X、Y偏转板上分别加变化电压
Uy
(a)
Uy 1
Ux=0、Uy=0
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集
1．采样定理
混叠是指当采样率低于实际信号最高频率2倍（奈奎斯特频 率）时所出现的一种现象。
如下图，由于采样率低于实际信号的频率，导致结果采集 的波形频率低于实际信号频率。这种信号频率与实际信号不 同，它却能表示正确的波形形状，往往还具有正确的幅度。
7.2 波形的数字测量
信号。 正弦内插：（Sinx/x）利用曲线来连接样点，通用性更强
。它利用数学处理，在实际样点间隔中运算出结果。这种 方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现实的 普通波形。sin x/x 正弦内插发复现信号。 结合上述特点，可根据实际信号选择合适的采样方式以更 完美的观测信号。
7.2 波形的数字测量
• 通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱，从而调节 光点的亮度，即进行“辉度”控制。
• 调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮，通过对它进行调节可 调节G2与A1和A1与A2之间的电位；调节A2电位的旋钮称为 “辅助聚焦”。
• 电子束聚焦的原理是，电子从阴极K发射，经G1、G2、A1 、A2聚焦和加速后进入偏转系统。
多次触发采集得到 的数据重建的波形
2
4
3
1
1
3
2
3
4
4 4
21
1
3
7.2 波形的数字测量
7.2.2 采样点的存储
存储的目的
？ 为什么存？
（1） 存储深度的概念
在最高实时采样率下连续采集并存
储采样点的能力。
存储深度 ＝ 采样率 × 采样时间
7.2 波形的数字测量
7.2.2 采样点的存储（续）
怎么存？
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集(续)
（1）实时采样
只需一次触发就采集到信号的所有资料 不仅适用捕获重复信号，而且是捕捉单次信
号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的有 效方法。
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集(续)
（1）实时采样
多ADC并行采样/时间交替采样
ADC0
ADC1 ADC0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t
T
n=2
uy1
5(6) 10
61
10 5
x
ux t
Tx≠nTy，不满足同步 关系时，显示的波形 不稳定。
0 24
3 Ty
7 9 11 t 8
0 7 2 9 4 11 83
Tx
5 4
Ty
5．连续扫描和触发扫描
占空比很 小的脉冲
被测脉冲 t
Ts 连续扫描
不能观测到脉冲细节
T=Ts
7.1.2 波形显示的基本原理（续）
ui S/H
4位 并行A/D
4位
D/A
减法
u1
- 放大器
+
4位 并行A/D
b7 (MSB) b6 bb54 b3 b2 bb10 (LSB)
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集(续)
3．采样方式
实时采样 real-time sampling 一次采集信号上的若干采样点，并基于采样点的时间顺序显示
第7章 信号波形测量
7.1 波形的模拟测量 7.2 波形的数字测量 7.3 示波器的原理与设计 7.4 示波器的应用 7.5 示波器专题讲座
• 几种典型的波： 正弦波 方波和矩形波 三角波和锯齿波 阶跃波和脉冲波 调幅波和调频波
什么是波形？
什么是波形？
• 正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可视成是基波和无数不同频 率的谐波分量组成。
7.3.1 示波器的发展与分类
7.3 示波器原理与设计
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
7.3.1 示波器的发展与分类（续）
7.3 示波器原理与设计
被测脉冲
t
t
t Ts
连续扫描，T=t
t
T=t
波形显示暗，不容易同步 t
t
Ts
能较好地观测脉冲 扫描
等待
(a)被测脉冲
触发扫描
t
使扫描脉冲只在被测脉冲到
来时才扫描一次；没有被测
脉冲时，扫描发生器处于等
(td)触发扫待描 工作状态。
第7章 信号波形测量
7.1 波形的模拟测量 7.2 波形的数字测量 7.3 示波器的原理与设计 7.4 示波器的应用 7.5 示波器专题讲座
7.2.1 信号采集
+Ur
2．模数转换器
R
（1）并行比较式ADC ui
（flash ADC）
R
R -Ur
2n 1 个比较器
+ 比较器 -
+ -
+ -
编
n
n MSB
码
n-1 输 n-1
出
逻
寄
辑
存
电 1 器 1 LSB
路
采样时钟
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集
2．模数转换器 （2）并串式ADC
7.2 波形的数字测量
波形数字测量的基本流程
被测信号
采集
存储
处理
显示
① 等间隔进行采样及A/D转换 ② 顺序存储采样数据 ③ 读取采样数据处理并构建波形
7.2 波形的数字测量
7.2.1 信号采集
1．采样定理
采样定理，又称香农采样定理，奈奎斯 特采样定理：如果信号是带限的（0~fmax）， 并且采样频率高于信号带宽的两倍，那么原 来的连续信号可以从采样样本中完全重建出 来。