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匯聚頂尖維修技術 用心修好每一台儀器 讓科研之路更加順暢
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2018/04
28
天天爱天天爽頻譜儀維修---減少示波器幅度測量誤差的小經驗
在測量過程中看到了一個開始讓天天爱天天爽有點想不通的現象，就是利用示波器測量信號發生器產生信號的峰峰值，結果有些不一致，而且結果通常偏大。當然，我這裏采用的這兩台儀器都是頂尖品質的儀器，用於連接的BNC電纜也是高品質的。經過大家的辯論，我也請教了這方麵的高手，也通過具體的實驗，更深一步地了解到了問題的本質。這裏首先和大家分享一下如何更合理使用示波器，來減少幅度測量誤差。
現象：“我用示波器測33220A的正弦波，33220A輸出5Vpp，頻率10KHz。用示波器測出來幅度是5.2V這是為什麽？”天天爱天天爽模擬了的客戶的設置，用BNC線纜連接33220A和安捷倫MSO-X2024A示波器。客戶將垂直分辨率設為2V/格，結果為5.2V，如下圖所示。
如下圖所示，利用示波器的微調功能，將垂直分辨率設為740mV/格，測試峰峰值為5.06V。相對之前的結果，有了很大改善。
但測量結果還是偏大。這是由於天天爱天天爽采用了示波器的峰峰值測量，在這種測量方式下，測量的是信號最大值。由於波形上會有些噪聲信號，測量結果就是波形的幅度加上噪聲的幅度。從而導致了測量結果偏大。
還有沒有辦法能進一步改進測試結果呢？答案是肯定的。如果測試信號是一個周期函數信號，例如正弦波或方波，可以在示波器的采集模式菜單中，選擇“平均”模式。該模式可以平均多次采集結果以降低噪聲並提高分辨率。
如下圖所示，我選擇了平均模式，測試結果為4.972V。
但這種方法，適合於重複性非常好的比較簡單的波形。它是捕獲若幹個波形後，進行平均運行，獲得的測量值。這樣的好處是可以一定程度上消除隨機誤差和噪聲幹擾，如果對於更為複雜的信號，這種方法顯然是不行的，而去回隱藏一下波形本身的問題。這就需要更高分辨率的示波器，或者帶有高分辨率模式的示波器。高分辨率的示波器直接采用12bit的AD，可以有更高的分辨率，從而減小量化誤差。例如安捷倫的9000H係列示波器。但這示波器價格很高，大多數工程師手中不會有這種東西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式，它通過數學運算的方式，將8bit的AD提升為10-12比特，這樣也可以減少測量誤差。
以下這張截屏就是天天爱天天爽利用安捷倫的33220A20MHz波形發生器產生5Vpp的正弦波，同時利用安捷倫MSOX2024A示波器測量到的波形。測量值是5.01V，非常接近於波形發生器的輸出設定值！這種方法同樣適用於非重複的波形。
下麵客戶遇到的問題：
“我用33220A輸出10Hz，5Vpp值的正弦波，怎麽示波器測出來隻有3.5Vpp啊？如果我把33220A的幅度設為1KHz，示波器測出來就對了。低頻信號輸出不正常啊！是不是你這台33220A有質量問題啊？”有位用戶很生氣地給天天爱天天爽打電話來。
現象：“我用示波器測33220A的正弦波，33220A輸出5Vpp，頻率10KHz。用示波器測出來幅度是5.2V這是為什麽？”天天爱天天爽模擬了的客戶的設置，用BNC線纜連接33220A和安捷倫MSO-X2024A示波器。客戶將垂直分辨率設為2V/格，結果為5.2V，如下圖所示。
如下圖所示，利用示波器的微調功能，將垂直分辨率設為740mV/格，測試峰峰值為5.06V。相對之前的結果，有了很大改善。
但測量結果還是偏大。這是由於天天爱天天爽采用了示波器的峰峰值測量，在這種測量方式下，測量的是信號最大值。由於波形上會有些噪聲信號，測量結果就是波形的幅度加上噪聲的幅度。從而導致了測量結果偏大。
還有沒有辦法能進一步改進測試結果呢？答案是肯定的。如果測試信號是一個周期函數信號，例如正弦波或方波，可以在示波器的采集模式菜單中，選擇“平均”模式。該模式可以平均多次采集結果以降低噪聲並提高分辨率。
如下圖所示，我選擇了平均模式，測試結果為4.972V。
但這種方法，適合於重複性非常好的比較簡單的波形。它是捕獲若幹個波形後，進行平均運行，獲得的測量值。這樣的好處是可以一定程度上消除隨機誤差和噪聲幹擾，如果對於更為複雜的信號，這種方法顯然是不行的，而去回隱藏一下波形本身的問題。這就需要更高分辨率的示波器，或者帶有高分辨率模式的示波器。高分辨率的示波器直接采用12bit的AD，可以有更高的分辨率，從而減小量化誤差。例如安捷倫的9000H係列示波器。但這示波器價格很高，大多數工程師手中不會有這種東西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式，它通過數學運算的方式，將8bit的AD提升為10-12比特，這樣也可以減少測量誤差。
以下這張截屏就是天天爱天天爽利用安捷倫的33220A20MHz波形發生器產生5Vpp的正弦波，同時利用安捷倫MSOX2024A示波器測量到的波形。測量值是5.01V，非常接近於波形發生器的輸出設定值！這種方法同樣適用於非重複的波形。
下麵客戶遇到的問題：
“我用33220A輸出10Hz，5Vpp值的正弦波，怎麽示波器測出來隻有3.5Vpp啊？如果我把33220A的幅度設為1KHz，示波器測出來就對了。低頻信號輸出不正常啊！是不是你這台33220A有質量問題啊？”有位用戶很生氣地給天天爱天天爽打電話來。
通過與客戶的溝通，發現他認為自己測試的是交流信號，所以把示波器的耦合方式設置為AC耦合。殊不知，選擇AC耦合後，示波器會把一個3.5Hz高通濾波器（以安捷倫2000X係列示波器為例）與輸入波形串聯，導致示波器測量值偏小。隻要將耦合方式設置為DC耦合，就能得到正確的結果了。
西安天天爱天天爽測試設備維修中心於2008年創立，專業從事各種測試測量儀器及係統的維修與技術支持服務，始終保持與持續拓展領先的維修技術與能力，具備對各類型采用複雜封裝工藝加工生產的高端儀器進行芯片級維修的技術能力。我公司依靠精良的檢修設備，過硬的維修技術，合理的維修價格，高效的維修周期和完善的售後服務，打破了原廠的壟斷局麵，為客戶節省維修費用，縮短維修周期。目前，西安天天爱天天爽測試設備維修中心已配備各類型硬件檢測設備及專業的集成器件維修平台，不僅可以幫助客戶大幅降低維修成本，並且為用戶提供包括返廠維修在內的各種增值服務，歡迎隨時來訪天天爱天天爽維修網！
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