便攜式功率分析儀設(shè)計(jì)----功率分析儀軟件設(shè)計(jì)

參數(shù)測(cè)量都是通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)進(jìn)行的，所以，參數(shù)測(cè)量的結(jié)果都源于在FIFO中存貯的采集到的波形數(shù)據(jù)，這就意味著，功率分析儀的設(shè)置情況對(duì)參數(shù)測(cè)量和結(jié)果會(huì)有影響，例如，如果時(shí)基速度設(shè)置得比較慢，比如說(shuō)設(shè)置為1ms/格，而要對(duì)一個(gè)估計(jì)為50ns至100ns的上升沿進(jìn)行上升時(shí)間測(cè)量，那么由于采集過(guò)程中時(shí)間分辨率的限制，我們就無(wú)法測(cè)出正確的結(jié)果，為了進(jìn)行這項(xiàng)參數(shù)測(cè)量，我們應(yīng)當(dāng)把時(shí)基設(shè)置得足夠快，例如設(shè)置為50ns/格以便以足夠細(xì)的時(shí)間分辨率顯示出被測(cè)波形的上升沿。菜單參數(shù)是在250個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)中計(jì)算的。

峰峰值計(jì)算方法：由于檢波器是將射頻信號(hào)功率值轉(zhuǎn)換為電壓幅值，所以我們對(duì)顯示在液晶屏幕上的波形峰峰值的計(jì)算，實(shí)際是在計(jì)算輸入信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)的功率波動(dòng)范圍。Vtop(幅度頂值)和Vbase(幅度底值)就是脈沖波形的100%和0%電平值，是脈沖參數(shù)自動(dòng)測(cè)量的核心。確定了Vtop和Vbase值，才能計(jì)算脈沖其它參數(shù)值。當(dāng)脈沖頂部和底部有嚴(yán)重失真時(shí)，頂值和底值往往很難確定。有關(guān)脈沖參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件推薦可用頻數(shù)密度分布統(tǒng)計(jì)平均法或密度分布眾數(shù)法確定Vtop和Vbase值。

Vtop和Vbase的頻數(shù)直方圖眾數(shù)算法。算法的基本出發(fā)點(diǎn)是做波形樣點(diǎn)幅度頻數(shù)直方圖。如圖4-5所示，直方圖縱坐標(biāo)是數(shù)字化電平，橫坐標(biāo)是數(shù)字化電平出現(xiàn)的樣點(diǎn)次數(shù)。在波形中間電平上方和下方，樣點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)最多的量化電平值就分別是Vtop和Vbase。

在記錄樣點(diǎn)數(shù)據(jù)里搜索圖3-2表示的Vmax，Vmin，等參量值。在此基礎(chǔ)上計(jì)算脈沖幅度Vpp參數(shù)，算法是套用脈沖標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)定義。但對(duì)于正弦波，波形的Vtop =Vmax，Vbase =Vmin，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，不能發(fā)現(xiàn)密度分布眾數(shù)點(diǎn)，自然取Vtop =Vmax，Vbase =Vmin。這樣有，Vpp = Vmax -Vmin。

我們具體做法就是以點(diǎn)為單位計(jì)算，先比較求出點(diǎn)中的最大值和最小值，最大值和最小值之差為采樣點(diǎn)的峰峰值，這個(gè)峰峰值的數(shù)值范圍為0-255，沒(méi)有單位，這種峰峰值體現(xiàn)不出量程的信息，只有把這個(gè)有采樣點(diǎn)得到的峰峰值與當(dāng)前的量程檔位結(jié)合起來(lái)才可以表達(dá)出準(zhǔn)確的波形信息。先初始化最大值為imax=0，最小值為imin=255.然后將數(shù)據(jù)依次讀入，若讀入的數(shù)據(jù)小于初始化的最小值255，則將讀入的數(shù)據(jù)賦給最小值imin，依次用imin和讀入的新數(shù)據(jù)比較，找出最小值。最大值的尋找方法是初始化最大值為0，然后將讀入的數(shù)據(jù)賦給最大值imax，依次拿imax和讀入的新數(shù)據(jù)比較，找出最大值。最大最小值之差即為所要的峰峰值最后將V pp×幅度÷25即為所要求的峰峰值。

平均值的計(jì)算方法：在這里，我們采取誤差相對(duì)較小的計(jì)算方法即：平均值的計(jì)算是在判斷波形數(shù)據(jù)中有沒(méi)有半個(gè)以上的周期，若有，則用在半周期整數(shù)倍內(nèi)的波形數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算參數(shù)，否則，就用屏幕顯示的所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。平均值的計(jì)算公式：

然后與采樣值作為零點(diǎn)的零電平進(jìn)行比較，若大于零電平認(rèn)為平均值為正，若小于零電平認(rèn)為平均值為負(fù)，最后與當(dāng)前的量程結(jié)合起來(lái)得到波形的平均值信息。即將平均值×幅度÷25即為所要求的平均值。平均值對(duì)于我們功率測(cè)量的意義是代表在顯示時(shí)間范圍內(nèi)功率變化的平均量。

有效值測(cè)量：在這里，我們有效值按下面的公式計(jì)算

x1直到xn為n個(gè)采樣點(diǎn)與零電平之間的差值，當(dāng)然也需要在判斷奇異點(diǎn)并剔除奇異點(diǎn)后，再判斷波形數(shù)據(jù)中有沒(méi)有半個(gè)以上的周期，若有，則用在半周期整數(shù)倍內(nèi)的波形數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算參數(shù)，否則，就用屏幕顯示的所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。有這個(gè)公式得到的RMS與量程結(jié)合起來(lái)可以得到波形的有效值信息。最后將rms×幅度÷25即為所要求的有效值。

4.2.4超差現(xiàn)象及原因

一般來(lái)說(shuō)，被測(cè)信號(hào)的峰峰值在屏幕上的偏轉(zhuǎn)格數(shù)應(yīng)大于5div、小于8div.當(dāng)信號(hào)偏轉(zhuǎn)高度小于1格時(shí)，測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)變化大，出現(xiàn)嚴(yán)重超差現(xiàn)象。當(dāng)被測(cè)信號(hào)相對(duì)于功率分析儀測(cè)量范圍很小時(shí)，在屏幕上的偏轉(zhuǎn)高度就很小，極大的損失了儀器測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)然也損失了測(cè)量準(zhǔn)確定。8位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)共執(zhí)行8次比較，使用基準(zhǔn)電壓一次一次的逼近被測(cè)電壓，最后給出測(cè)量結(jié)果。在第一次比較時(shí)，判斷被測(cè)量處于哪一個(gè)1/2區(qū)間;第二次比較時(shí)，判斷被測(cè)量處于哪一個(gè)1/4區(qū)間……，最后一次比較時(shí)，判斷被測(cè)量處于哪一個(gè)1/256區(qū)間。因此，假設(shè)滿量程為10.24div，那么基準(zhǔn)電壓的最小可分辨電壓為40mV，滿量程的1/256.以偏轉(zhuǎn)1div為例，取樣點(diǎn)為1div的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字化，要逐次逼近8次。在第一次比較時(shí)，5.12div與1div比較，相差太大，減碼，第二次比較時(shí)，2.56div與1div比較，仍相差太大，減碼，第三次比較時(shí)，1.28div與1div比較，還是減碼，只有第四次比較時(shí)才出現(xiàn)加碼，相當(dāng)于儀器的分辨力只有5bit.幅度域測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差的經(jīng)驗(yàn)公式，折算成相對(duì)誤差，大于3%，保證不了測(cè)試準(zhǔn)確度要求。因此，不允許被測(cè)信號(hào)的峰峰值在屏偏轉(zhuǎn)格數(shù)小于1.28div，這是為了保證測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差不大于 3.2%而提出的。