無論趨勢還是追蹤都基於示波器的測量參數,大多數示波器都可以提供約25個測量參數,其中包括頻率、幅值,以及升/降時間。示波器持續追蹤這些測量值,並使用它們來顯示參數值的統計資訊,當然也可以將這些數值繪製為趨勢和/或追蹤圖。

圖1顯示如何使用趨勢或追蹤功能的示例。所獲取的跡線(trace,上方網格中黃色所示)是脈衝寬度調變訊號。參數P1逐週期測量所採集波形上的脈寬,參數統計包括脈寬最小值(2.698ns)和最大值(49.3ns)脈寬,以及所有測量值的平均值和標準差。採集的波形有100個週期(100k採樣),每個週期的脈寬都記錄在統計資料報告中。

20180531TA01P1 圖1 源自脈衝寬度調變波形的脈寬趨勢和追蹤。

底部跡線(藍色)是脈寬測量的趨勢,它包含這100個脈寬測量值,按照其被測順序排列。該跡線上的每個點代表一個值,趨勢圖中值的數量通常是用戶可選的,一般以1-2-5的級數(progression)衡量,從2~1,000,000可選。此例中,趨勢圖和源波形同步,因為100個值的趨勢圖長度恰與源波形的週期數匹配,但情況並非總是如此。

中心跡線(橙色)是脈寬的追蹤,該波形包含與採集波形相同的100k個點。對每個測量值進行升採樣(upsampled,即加大取樣速率)以匹配源波形每個週期的持續時間,追蹤圖始終與源波形同步。

由於追蹤功能具有時間同步特性,可以使用它來解調脈衝寬度調變波形訊號。透過追蹤參數頻率,也可以使用它來解調調頻(FM)或調相(PM)訊號。

資料記錄

趨勢功能非常適合資料記錄。來看看圖2中的測量資料。

20180531TA01P2 圖2 資料記錄示例記錄RMS線電壓和室溫的變化。觸發遲滯用於每隔5秒讀一次數。

頂端跡線是RMS線電壓的趨勢。觸發遲滯(hold-off)用在每次測量之間插入5秒延遲。頂端往下數的第二條跡線是熱電偶輸出趨勢,數學跡線F4(頂端往下數的第三條跡線)對熱電偶輸出進行濾波,並重新以攝氏度進行數值標度。整個顯示記錄了2,000次測量,每次間隔5秒,共記錄了2.7小時的時長。

當空調系統開啟時,線電壓下降,然後溫度稍微下降。整個過程呈現週期性變化,這可利用交叉關聯原始趨勢波形進行驗證,在底部跡線中有顯示。在相關功能中清楚地顯示出週期性,大約每252次測量或大約每20分鐘迴圈一次。

使用追蹤進行解調

在某些應用中,解調角度調變訊號很有幫助。例如,在測量鎖相迴路(PLL)的頻率回應時,可以使用追蹤功能查看PLL輸入和輸出處的相位變化,圖3顯示了PLL頻率回應測量。

任何元件的頻率回應都可以透過使用階躍函數激勵來測量,差分該階躍回應並對該回應進行快速傅立葉轉換(FFT)。在圖3中,左上方的跡線是PLL輸入:66.67MHz的正弦波,在波形的中點有一個2弧度的相位階躍。測量參數P1測量波形的時間間隔誤差(TIE),TIE測量波形邊緣或閾值交叉點的測量位置與該邊緣的理想位置之間的時差,TIE本質上是訊號的暫態相位。圖3左側頂端向下數的第二條跡線顯示了PLL輸入的TIE追蹤,TIE追蹤解調了相位調變輸入,輸入波形中心的相位階躍顯而易見。

右上方的跡線是PLL的輸出。測量PLL輸出的TIE並使用追蹤來解調相位,可以看到PLL對相位階躍的影響,請參見圖3右側頂端往下數的第二條跡線。追蹤功能可以查看PLL輸入和輸出的相位變化,提供了源跡線中不明顯的相位變化的視圖,這很重要,因為PLL是相位敏感元件。

20180531TA01P3 圖3 使用時間間隔誤差跟蹤來解調相位調變輸入並輸出到PLL。

通常使用脈衝函數作為輸入訊號來測量訊號的頻率回應。差分該階躍響應產生脈衝響應,第三組跡線分別顯示了解調的PLL輸入和輸出訊號,分別在圖3的左側和右側。

圖3中左下方的跡線顯示了PLL的脈衝回應FFT。請注意,這是個基本平坦的回應,在右下方的跡線中,PLL輸出脈衝回應FFT顯示了PLL的頻率回應。從技術上講,頻率回應是輸出與輸入FFT的複數比,但由於輸入在頻譜上是平坦的,輸出頻譜接近PLL的頻率回應。

趨勢還是追蹤?

趨勢是資料記錄的不二之選。趨勢跡線僅包含每個測量值的一個點,因此儲存效率很高。如果需要執行時間相關的操作(例如FFT或對跡線的濾波),則追蹤是必需的。若擬將異常測量讀數追溯回源跡線,追蹤也很有用,因為追蹤與源跡線保持時間同步,但追蹤完成這一工作的代價是在該函數中使用更多採樣。

趨勢和追蹤功能可讓你查看單個參數測量的歷史記錄。利用對波形進行一系列測量,可以使用示波器的數學和分析工具來深入瞭解關於被測過程的資訊,從而可以大大縮短故障排除和調整測試的時間。

(參考原文: Trend and track: Two useful oscilloscope diagnostic tools,by Arthur Pini)