示波器的波形算法

我們?cè)谇皟善恼轮薪榻B了示波器的波形抽取模式和內(nèi)插模式，用戶可以根據(jù)需要提高或者降低波形采樣率，更好地還原信號(hào)。這篇文章我們將討論示波器如何針對(duì)多次采集的波形通過(guò)適當(dāng)算法產(chǎn)生新的波形，獲得特別的應(yīng)用價(jià)值。

提到波形算法，容易想到示波器里數(shù)學(xué)運(yùn)算功能“math”可以實(shí)現(xiàn)幾十種的算法，完全滿足應(yīng)用需要，其中有個(gè)特色算法就是實(shí)時(shí)的FFT算法，可以實(shí)時(shí)顯示頻譜，實(shí)現(xiàn)時(shí)域和頻域聯(lián)調(diào)的功能。該文談的算法主要針對(duì)測(cè)試波形做相應(yīng)的算法，提升波形質(zhì)量，分為三種：OFF，ENVELOPE，AVERAGE。

2 幾個(gè)概念

為了更直觀的說(shuō)明波形算法這個(gè)概念，首先貼出圖1，從圖中可以看到在數(shù)據(jù)采集通道中，內(nèi)插模式、抽取模式以及波形算法是在同一數(shù)據(jù)處理通道上，從ADC采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)內(nèi)插模式或者抽取模式后，你可以根據(jù)測(cè)試需要選擇合適的波形算法對(duì)多次采集的波形進(jìn)行算法處理，內(nèi)插模式和抽取模式可以與波形算法自由組合，選擇比較靈活。本篇以4種抽取模式與3種波形算法的組合來(lái)主要說(shuō)明波形算法的應(yīng)用。

圖1 R&S示波器數(shù)據(jù)處理通路

到這里，可能很多人會(huì)有疑惑：又是一個(gè)average，之前上一篇抽取模式短文里Hi-RESOLUTION抽取模式里也采用了average，這兩種處理方式同樣是針對(duì)同一采集數(shù)據(jù)處理的，一前一后，有什么差異？筆者在第一次見(jiàn)到這個(gè)的時(shí)候，確實(shí)存在這樣的疑問(wèn)，后續(xù)將跟大家一起分享下這兩個(gè)average的同與不同。

在《示波器的抽取模式》一文中已說(shuō)明抽取的四種模式分別為：SAMPLE，PEAK-DETECT，HI-RESOLUTION，RMS。本文所要介紹的波形算法分為如下三種：OFF，ENVELOPE，AVERAGE。可以實(shí)現(xiàn)的組合如下圖2所示。

圖2 抽取模式與波形算法可以實(shí)現(xiàn)的組合

示波器抽取模式是對(duì)ADC采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算，即對(duì)相鄰的N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)做相應(yīng)的算法，把N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)做算法，計(jì)算成一個(gè)點(diǎn)，以此類推到ADC采集的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣可以降低波形采樣率。經(jīng)過(guò)抽取后的數(shù)據(jù)點(diǎn)組合成波形，而示波器的波形算法正是對(duì)N個(gè)連續(xù)采樣的波形采用不同的算法優(yōu)化波形質(zhì)量，更加真實(shí)的測(cè)量信號(hào)波形。

同理，示波器的內(nèi)插模式與波形算法的組合，是對(duì)ADC采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)做不同的內(nèi)插，然后把內(nèi)插后的波形采用不同的波形算法，優(yōu)化測(cè)試波形。

下面對(duì)三種波形算法定義分別作簡(jiǎn)要的介紹。

· OFF

這是最簡(jiǎn)單的一種方式，顧名思義，就是對(duì)波形不做任何處理，即關(guān)閉或者旁路波形算法，直接送到示波器后續(xù)相應(yīng)測(cè)試測(cè)量部分，并在示波器屏幕上顯示出來(lái)。

· ENVELOPE

在N個(gè)連續(xù)采樣的波形里，在時(shí)刻Ti對(duì)應(yīng)于N個(gè)波形里的最大值和最小值分別為Vimax、Vimin，則對(duì)這N個(gè)波形做ENVELOPE算法后，就是把對(duì)應(yīng)的每個(gè)Ti時(shí)刻的最大值Vimax和最小值Vimin組合成一個(gè)新的波形，這樣會(huì)有最大值組合成的一條曲線和最小值組合成的一條曲線，這兩條曲線組合成包絡(luò)，即為波形算法里的ENVELOPE的含義。

· AVERAGE

同上原理，在N個(gè)連續(xù)采樣的波形里，在時(shí)刻Ti對(duì)應(yīng)于N個(gè)波形里的幅值分別為Vi1、Vi2、Vi3、……ViN，則對(duì)這N個(gè)波形做AVERAGE算法后，在Ti時(shí)刻的幅值為V=（Vi1+Vi2+Vi3+……+ViN）/N。在其他時(shí)刻，采用類似算法，這樣在不同時(shí)刻點(diǎn)計(jì)算出來(lái)的值組合成新的波形即為通過(guò)AVERAGE波形算法計(jì)算的波形。

3 不同波形算法對(duì)比

結(jié)合示波器抽取模式，下面根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果分析對(duì)應(yīng)于不同抽取模式下，不同波形算法的優(yōu)異差異，見(jiàn)圖2。關(guān)于示波器抽取模式的分析，可以參照《示波器的抽取模式》一文。本文所測(cè)試信號(hào)為R&S示波器自帶標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1KHz方波。