數(shù)字示波器的一大優(yōu)點(diǎn)是它們可以使用各種有用的測量參數(shù)來測量采集的波形。大多數(shù)當(dāng)前的示波器包括大約二十五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測量參數(shù)以及應(yīng)用程序特定選項(xiàng)中可用的附加參數(shù)。測量基于各種行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，并產(chǎn)生非常準(zhǔn)確的結(jié)果。了解基本測量技術(shù)將有助于示波器用戶充分利用測量參數(shù)及其相關(guān)工具。本文將提供有關(guān)示波器測量的必要背景知識以及對常見應(yīng)用的一些見解。

讓我們從基本的時(shí)間相關(guān)測量開始——周期、頻率、寬度和占空比。所有這些測量都與波形各段的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，通常適用于周期性波形。圖 1顯示了時(shí)間相關(guān)測量參數(shù)的基本定義。

圖 1時(shí)間參數(shù)基于波形超過預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)，在本例中為波形幅度的 50% 或零伏。資料·皮尼

波形的周期是基本的測量。它是圖中參數(shù)P1所示的周期波形在單個(gè)周期上的持續(xù)時(shí)間。示波器通過測量具有相同斜率的波形段的固定閾值電壓的波形交叉點(diǎn)之間的時(shí)間來測量周期。閾值通常為波形幅度的 50%，但可由用戶調(diào)整。Period 是每個(gè)周期的時(shí)間。周期的倒數(shù)，或每單位時(shí)間的周期數(shù)，是波形的頻率，如參數(shù) P2 所示。 

波形的寬度是具有相反斜率的波形段跨越閾值之間的時(shí)間。如果寬度在正斜率和負(fù)斜率之間測量，則稱為正寬度。在負(fù)斜率和正斜率之間測量的寬度稱為負(fù)寬度。正寬度顯示為參數(shù) P3。

正寬度與周期的比率定義為占空比，通常預(yù)期為百分比，如參數(shù) P4 中所示。顯示了另外兩個(gè)參數(shù)，循環(huán)數(shù)和邊沿?cái)?shù)，分別顯示為參數(shù) P5 和 P6。

在此示例中使用的示波器中，與時(shí)序相關(guān)的參數(shù)是“所有實(shí)例”測量值。這意味著為波形的每個(gè)周期生成一個(gè)周期值，并在多次采集中累積。這些測量值被存儲(chǔ)并構(gòu)成統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)，如圖中的參數(shù)讀數(shù)所示。參數(shù)統(tǒng)計(jì)的顯示由測量設(shè)置中的“統(tǒng)計(jì)”復(fù)選框控制。參數(shù)統(tǒng)計(jì)包括六個(gè)讀數(shù)字段。對于周期讀數(shù) P1，值字段顯示累積的測量值。其下方是參數(shù)的均值或平均值與所進(jìn)行的測量總數(shù)的比值。下一個(gè)讀數(shù)是測量總數(shù)中遇到的值和值。下一行包含累積測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。標(biāo)準(zhǔn)偏差是測量值關(guān)于平均值的散布的量度，標(biāo)準(zhǔn)偏差越低，值間隔得越近。一個(gè)讀數(shù)行包含統(tǒng)計(jì)中包含的測量總數(shù)。

狀態(tài)行表示參數(shù)計(jì)算的狀態(tài)。綠色復(fù)選標(biāo)記表示計(jì)算沒有問題。

讓我們考慮一個(gè)實(shí)際問題，因?yàn)檫@些參數(shù)基于閾值交叉，它們很容易因波形上的附加噪聲而出錯(cuò)。噪聲峰值會(huì)使閾值交叉看起來比預(yù)期來得早，而噪聲谷會(huì)使閾值交叉更晚。這些測量值的極值在和字段中分別為 4.9815 ns 和 5.0154 ns，相差 33.9 ps。這是測量范圍。超過 71,850 個(gè)周期的周期平均值在平均場中為 4.999993 ns。這是存在噪聲時(shí)參數(shù)值的估計(jì)。

參數(shù)讀數(shù)下方的綠色圖表稱為“直方圖”，它們是給定參數(shù)測量值直方圖的圖標(biāo)視圖。它們顯示記錄的測量值的概率分布。受噪聲影響的四個(gè)參數(shù)顯示具有通常與噪聲相關(guān)的鐘形高斯或正態(tài)分布的直方圖。示波器提供了有關(guān)所做的任何測量的大量信息。

常見的幅度相關(guān)參數(shù)如所示：

圖 2與幅度相關(guān)的常見參數(shù)有峰峰值、幅度、rms、過沖 +、過沖 -、上升時(shí)間和下降時(shí)間。除峰峰值外的所有值的確定均基于波形樣本值的直方圖，如紅色框中的插圖所示。資料·皮尼

峰峰值幅度計(jì)算為和幅度樣本值之間的差異。峰峰值對加性噪聲高度敏感。對于類脈沖波形，波形樣本的直方圖將顯示對應(yīng)于脈沖頂部和底部的雙峰，其中大多數(shù)樣本的振幅所在。圖中的插圖顯示了被測信號的直方圖。直方圖中兩個(gè)峰值中每一個(gè)的質(zhì)心對應(yīng)于脈沖的頂部和底部振幅值。脈沖波形幅度是頂部和底部幅度之間的差異?；陧敳亢偷撞恐狈綀D的平均值的振幅參數(shù)對噪聲的敏感度要低得多。

過沖 + 計(jì)算為正峰值振幅與電平之間的差值。過沖——是基值和峰值振幅之間的差異。因?yàn)閮蓚€(gè)過沖參數(shù)值都取決于峰值樣本幅度，所以它們也會(huì)受到加性噪聲的影響。這種對噪聲存在的敏感性可以通過在測量前使用平均或?yàn)V波降低噪聲來化。

上升時(shí)間參數(shù)測量波形從信號幅度的 10% 水平跨越到 90% 水平之間的時(shí)間。下降時(shí)間測量波形從 90% 和 10% 振幅水平相交之間的時(shí)間。還提供具有 20% 至 80% 閾值水平和用戶定義閾值的轉(zhuǎn)換時(shí)間測量。

如果波形不是脈沖狀會(huì)怎樣？如果示波器測量算法未在波形樣本的直方圖中檢測到兩個(gè)不同的峰值，則默認(rèn)使用峰峰值計(jì)算來測量幅度。在這種情況下，它會(huì)使用帶有“x”的脈沖圖標(biāo)向操作員發(fā)出此狀態(tài)的信號，表示“不是脈沖”。如果有任何其他原因無法進(jìn)行測量，例如，波形上的周期測量少于一個(gè)完整周期，狀態(tài)圖標(biāo)將變?yōu)辄S色三角形，其中帶有感嘆號，表示測量錯(cuò)誤情況。

這些示例中使用的示波器還具有多個(gè)基于存儲(chǔ)的測量參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)函數(shù)。測量值可以顯示在直方圖中，顯示測量的概率分布——這是分析噪聲和抖動(dòng)的一個(gè)非常有用的特性。

測量值可以按采集順序繪制在稱為趨勢的圖中。趨勢圖，每次測量包含一個(gè)點(diǎn)，顯示測量值的變化。它們可以在 XY 顯示中相互繪制以查看功能關(guān)系。

這些值也可以在稱為軌跡的圖中隨時(shí)間繪制。該圖與源波形時(shí)間同步，有助于定位異常測量的來源。為了保持時(shí)間同步，每個(gè)測量值可能有多個(gè)點(diǎn)。

很多時(shí)候，需要基于應(yīng)用于采集參數(shù)的算術(shù)運(yùn)算的二次測量。例如，波峰因數(shù)，即信號峰值幅度與其 RMS 幅度的比率，在 RF 和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中很有用。參數(shù)數(shù)學(xué)允許用戶測量信號的峰峰值振幅，將其除以二以獲得峰值，然后將計(jì)算出的峰值與測得的 RMS 值之比得出如圖 3 所示的波峰因數(shù)。

圖 3波峰因數(shù)的計(jì)算方法是在參數(shù) P3 中除以 2 重新調(diào)整峰峰值幅度，然后取峰均方根比，計(jì)算出的波峰因數(shù)在參數(shù) P4 中。插圖顯示了可用的參數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算。資料·皮尼

插圖顯示了可對參數(shù)執(zhí)行的十四種可用數(shù)學(xué)運(yùn)算。甚至還有一個(gè)參數(shù)腳本操作，允許用戶使用 Visual Basic 腳本對兩個(gè)參數(shù)之間的操作進(jìn)行編程。

參數(shù)測量可以限制在時(shí)間值之間的區(qū)域并使用門設(shè)置。一些示波器使用測量光標(biāo)進(jìn)行選通。此處使用的示波器具有獨(dú)立的測量門控，可通過測量設(shè)置的門選項(xiàng)卡進(jìn)行控制。圖 4顯示了涉及兩組參數(shù)的門控測量示例，目的是測量發(fā)射的超聲波脈沖和反射回波之間的時(shí)間差。

圖 4設(shè)置了兩組測量門，組在零和三個(gè)水平格之間，將 P1 和 P2 的讀數(shù)限制為發(fā)射的超聲波脈沖。第二組測量是在七格和十格之間的回波上進(jìn)行的，用于測量 P3 和 P4。資料·皮尼

該示波器支持對每個(gè)參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立選通。參數(shù) P3 測量的是七個(gè)水平格和十個(gè)水平格之間的幅度。參數(shù) P4 是測量同一門限內(nèi)波形值（X@Max）的時(shí)間。選通設(shè)置顯示在參數(shù) P4 的選通選項(xiàng)卡上。參數(shù) P1 測量發(fā)射脈沖的幅度，其測量門設(shè)置在零和三格之間。P2 返回相同門位置之間值的水平位置。P5 中的參數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算傳輸脈沖和回波之間的時(shí)間差。時(shí)間差為 3.197 毫秒。測量選通用于分離發(fā)射脈沖和回波的測量。

也可以通過設(shè)置參數(shù)的接受值來過濾測量。僅顯示可接受范圍內(nèi)的參數(shù)值。當(dāng)測量范圍涵蓋多個(gè)值且僅對特定值感興趣時(shí)，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)非常有用。圖 5中顯示了一個(gè)示例，其中測量了小于標(biāo)稱值的任何脈沖寬度。

圖 5使用驗(yàn)收測量小于標(biāo)稱脈沖寬度的脈沖寬度。資料·皮尼

參數(shù)P1測量波形中十個(gè)完整脈沖的脈寬，十個(gè)脈沖的平均值為914 ns。P2 使用接受標(biāo)準(zhǔn)僅顯示寬度小于 900 ns 的脈沖，如設(shè)置的接受選項(xiàng)卡所示。P2 記錄 139.839 ns 脈沖寬度。

驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)還可以允許在選通波形處于特定狀態(tài)時(shí)進(jìn)行測量。因此，總線上的測量可以限制在啟用特定芯片的時(shí)間。

示波器測量參數(shù)比使用游標(biāo)進(jìn)行的測量準(zhǔn)確得多。通過累積多個(gè)測量值，可以對它們應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從而提供對測量操作的深入了解。參數(shù)數(shù)學(xué)允許根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測量參數(shù)計(jì)算用戶定義的測量值。選通和驗(yàn)收允許對波形進(jìn)行選擇性測量。