便攜式功率分析儀設(shè)計----功率分析儀軟件設(shè)計

參數(shù)測量都是通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來進(jìn)行的，所以，參數(shù)測量的結(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)置情況對參數(shù)測量和結(jié)果會有影響，例如，如果時基速度設(shè)置得比較慢，比如說設(shè)置為1ms/格，而要對一個估計為50ns至100ns的上升沿進(jìn)行上升時間測量，那么由于采集過程中時間分辨率的限制，我們就無法測出正確的結(jié)果，為了進(jìn)行這項參數(shù)測量，我們應(yīng)當(dāng)把時基設(shè)置得足夠快，例如設(shè)置為50ns/格以便以足夠細(xì)的時間分辨率顯示出被測波形的上升沿。菜單參數(shù)是在250個點的波形數(shù)據(jù)中計算的。

峰峰值計算方法：由于檢波器是將射頻信號功率值轉(zhuǎn)換為電壓幅值，所以我們對顯示在液晶屏幕上的波形峰峰值的計算，實際是在計算輸入信號在一定時間內(nèi)的功率波動范圍。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)自動測量的核心。確定了Vtop和Vbase值，才能計算脈沖其它參數(shù)值。當(dāng)脈沖頂部和底部有嚴(yán)重失真時，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)點是做波形樣點幅度頻數(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)的樣點次數(shù)。在波形中間電平上方和下方，樣點出現(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。但對于正弦波，波形的Vtop =Vmax，Vbase =Vmin，在實際測量過程中，不能發(fā)現(xiàn)密度分布眾數(shù)點，自然取Vtop =Vmax，Vbase =Vmin。這樣有，Vpp = Vmax -Vmin。

我們具體做法就是以點為單位計算，先比較求出點中的最大值和最小值，最大值和最小值之差為采樣點的峰峰值，這個峰峰值的數(shù)值范圍為0-255，沒有單位，這種峰峰值體現(xiàn)不出量程的信息，只有把這個有采樣點得到的峰峰值與當(dāng)前的量程檔位結(jié)合起來才可以表達(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。

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

然后與采樣值作為零點的零電平進(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。平均值對于我們功率測量的意義是代表在顯示時間范圍內(nèi)功率變化的平均量。

有效值測量：在這里，我們有效值按下面的公式計算

x1直到xn為n個采樣點與零電平之間的差值，當(dāng)然也需要在判斷奇異點并剔除奇異點后，再判斷波形數(shù)據(jù)中有沒有半個以上的周期，若有，則用在半周期整數(shù)倍內(nèi)的波形數(shù)據(jù)來計算參數(shù)，否則，就用屏幕顯示的所有點的數(shù)據(jù)來計算。有這個公式得到的RMS與量程結(jié)合起來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

一般來說，被測信號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)信號偏轉(zhuǎn)高度小于1格時，測量結(jié)果數(shù)據(jù)變化大，出現(xiàn)嚴(yán)重超差現(xiàn)象。當(dāng)被測信號相對于功率分析儀測量范圍很小時，在屏幕上的偏轉(zhuǎn)高度就很小，極大的損失了儀器測量的動態(tài)范圍，當(dāng)然也損失了測量準(zhǔn)確定。8位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時共執(zhí)行8次比較，使用基準(zhǔn)電壓一次一次的逼近被測電壓，最后給出測量結(jié)果。在第一次比較時，判斷被測量處于哪一個1/2區(qū)間;第二次比較時，判斷被測量處于哪一個1/4區(qū)間……，最后一次比較時，判斷被測量處于哪一個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，取樣點為1div的信號，進(jìn)行數(shù)字化，要逐次逼近8次。在第一次比較時，5.12div與1div比較，相差太大，減碼，第二次比較時，2.56div與1div比較，仍相差太大，減碼，第三次比較時，1.28div與1div比較，還是減碼，只有第四次比較時才出現(xiàn)加碼，相當(dāng)于儀器的分辨力只有5bit.幅度域測量結(jié)果的相對誤差的經(jīng)驗公式，折算成相對誤差，大于3%，保證不了測試準(zhǔn)確度要求。因此，不允許被測信號的峰峰值在屏偏轉(zhuǎn)格數(shù)小于1.28div，這是為了保證測量結(jié)果的相對誤差不大于 3.2%而提出的。