淺談示波器的跟蹤和趨勢數(shù)學測量功能

示波器的跟蹤（track）和趨勢（trend）特性添加了兩個數(shù)學測量功能，可用于深入了解測量數(shù)據(jù)的意義。趨勢是所測量參數(shù)的數(shù)值順序展示圖，以測量事件數(shù)作為水平方向的數(shù)值。跟蹤是測量參數(shù)值與時間的關(guān)系圖。這兩個功能可以讓示波器執(zhí)行如下任務：數(shù)據(jù)記錄、探測測量值之間的函數(shù)關(guān)系、識別長數(shù)據(jù)記錄中的異常情況，甚至可以解調(diào)角度調(diào)制或脈寬調(diào)制信號。

無論趨勢還是跟蹤都基于示波器的測量參數(shù)，大多數(shù)示波器都可以提供約25個測量參數(shù)，其中包括頻率、幅值，以及升/降時間。示波器持續(xù)跟蹤這些測量值并使用它們來顯示參數(shù)值的統(tǒng)計信息，當然也可以將這些數(shù)值繪制為趨勢和/或跟蹤圖。

圖1是如何使用趨勢或跟蹤功能的示例。所獲取的跡線（trace，上部網(wǎng)格中黃色所示）是脈寬調(diào)制（PWM）信號。參數(shù)P1逐周期測量所采集波形上的脈寬。參數(shù)統(tǒng)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偏差。采集的波形有100個周期（100k采樣），每個周期的脈寬都記錄在統(tǒng)計數(shù)據(jù)報告中。

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，按照被測順序排列。跡線上的每個點代表一個值。趨勢圖中值的數(shù)量通常是用戶可選的，一般以1-2-5的級數(shù)來衡量，從2到1,000,000可選。此例中，趨勢圖和源波形是同步的，因為100個值的趨勢圖長度恰與源波形的周期數(shù)匹配，但情況并非總是如此。

圖1：源自脈寬調(diào)制波形的脈寬趨勢和跟蹤。

中心跡線（橙色）是脈寬的跟蹤。該波形包含與采集波形相同的100k個點。對每個測量值進行升采樣（upsampled，即加大采樣率）以匹配源波形每個周期的持續(xù)時間。跟蹤圖始終與源波形同步。

由于跟蹤功能具有時間同步特性，因此可以使用它來解調(diào)PWM波形信號。通過跟蹤參數(shù)頻率，也可以使用它來解調(diào)調(diào)頻（FM）或調(diào)相（PM）信號。

數(shù)據(jù)記錄

趨勢功能非常適合數(shù)據(jù)記錄。我們來看看圖2中的測量數(shù)據(jù)。

圖2：數(shù)據(jù)記錄示例記錄了RMS線電壓和室溫的變化。觸發(fā)遲滯（hold-off）用于每隔5秒讀一次數(shù)。

頂部跡線是RMS線電壓的趨勢。觸發(fā)遲滯用于在每次測量之間插入5s延遲。頂部往下數(shù)的第二條跡線是熱電偶輸出趨勢。數(shù)學跡線F4（頂部往下數(shù)的第三條跡線）對熱電偶輸出進行濾波，并重新以攝氏度進行數(shù)值標度。整個圖中記錄了2000次測量，每次間隔5秒，時長2.7小時。

當空調(diào)系統(tǒng)開啟時，線電壓下降，然后溫度稍微下降。整個過程呈現(xiàn)周期性變化。這可通過交叉關(guān)聯(lián)原始趨勢波形進行驗證，在底部跡線中有顯示。在相關(guān)功能中清楚地顯示出周期性，大約每252次測量或每20分鐘循環(huán)一次。

使用跟蹤進行解調(diào)

在某些應用中，解調(diào)角度調(diào)制信號很有幫助。例如，在測量鎖相環(huán)（PLL）的頻率響應時，可以使用跟蹤功能查看PLL輸入和輸出處的相位變化。圖3顯示了PLL頻率響應測量。

圖3：使用時間間隔誤差跟蹤來解調(diào)相位調(diào)制輸入并輸出到PLL。

任何器件的頻率響應都可以通過使用階躍函數(shù)激勵來測量，差分該階躍響應并對該響應進行快速傅立葉變換（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(shù)P1測量的是波形的時間間隔誤差（TIE）。TIE測量波形邊沿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(zhì)上是信號的瞬時相位。圖3左側(cè)頂部往下數(shù)的第二條跡線顯示了PLL輸入的TIE跟蹤。TIE跟蹤解調(diào)了相位調(diào)制輸入。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并使用跟蹤來解調(diào)相位，可以看到PLL對相位階躍的影響。請參見圖3右側(cè)頂部往下數(shù)的第二條跡線。跟蹤功能可以查看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是相位敏感器件。

通常使用脈沖函數(shù)作為輸入信號來測量信號的頻率響應。差分該階躍響應產(chǎn)生脈沖響應。第三組跡線分別顯示了解調(diào)的PLL輸入和輸出信號，分別在圖3的左側(cè)和右側(cè)。

圖3中左下方的跡線顯示了PLL的脈沖響應FFT。請注意，這是個基本平坦的響應。在右下方的跡線中，PLL輸出脈沖響應FFT顯示了PLL的頻率響應。從技術(shù)上講，頻率響應是輸出與輸入FFT的復數(shù)比，但由于輸入在頻譜上是平坦的，輸出頻譜接近PLL的頻率響應。

趨勢還是跟蹤？

趨勢是數(shù)據(jù)記錄的不二之選。趨勢跡線僅包含每個測量值的一個點，因此存儲效率很高。如果需要執(zhí)行時間相關(guān)的操作（例如FFT或?qū)E線的濾波），跟蹤是必需的。若擬將異常測量讀數(shù)追溯回源跡線，跟蹤也很有用，因為跟蹤與源跡線保持時間同步。跟蹤完成這一工作的代價是在該函數(shù)中使用更多采樣。

趨勢和跟蹤功能可讓你查看單個參數(shù)測量的歷史記錄。通過對波形進行一系列測量，可以使用示波器的數(shù)學和分析工具來深入了解關(guān)于被測過程的信息，從而可以大大縮短故障排除和調(diào)試時間。