利用示波器分段存儲功能捕獲異?；蛴行Рㄐ蔚姆椒?/h1>

2022-06-25 09:10:25

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     儀器在使用中會遇到各種問題，常使用的示波器讓工程師十分頭疼。因采集到的無效波形過多，導(dǎo)致有效波形失真，以及在捕獲異常時，假如在每次測量中想要得到異常現(xiàn)象，那么下面提到的分段存儲功能，可能會解開你的困惑！

01、波形失真案例

       先采集了一段波形CAN總線信號，采用ZDS5054 Pro示波器對此信號進(jìn)行采集之后進(jìn)行顯示。一次實(shí)驗(yàn)將示波器存儲深度設(shè)定為1.4Mpts，采樣時間設(shè)定為280us，采集完成一幀波形并按下暫停后，將波形調(diào)整至合適的位置，波形和解碼結(jié)果在下圖1中可以看到，此時屏幕時基為10us/div。第二次實(shí)驗(yàn)將示波器存儲深度同樣設(shè)定為1.4Mpts，這次將采樣時間設(shè)定為700ms，采集完成并按下暫停后將波形調(diào)整為一次實(shí)驗(yàn)設(shè)置的參數(shù)即10us/div，獲得的一幀CAN總線波形和解碼結(jié)果在下圖2中可以看到。

【圖1 存儲深度1.4Mpts、采樣時間280us波形結(jié)果的部分】

【圖2 存儲深度1.4Mpts、采樣時間700ms波形結(jié)果的部分】

     從上圖結(jié)果中可以看到，在不同時間的采樣下，圖2的波形存在很大程度的失真，會導(dǎo)致系統(tǒng)解碼解析不出來。在此導(dǎo)致失真的主要原因與存儲深度及采樣率存在著一定的關(guān)系。對于采樣率Fs、存儲深度N，及捕獲時間T（此實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的采樣時間T）三者必然滿足以下關(guān)系式：N = Fs *T。

     因此在我們存儲深度固定時，增加捕獲時間T，這將會導(dǎo)致采樣率的降低，依據(jù)奈奎斯特采樣定理，會出現(xiàn)Fs低于被測信號頻率的2倍，將存在混疊現(xiàn)象，那么的當(dāng)下顯示的波形具有迷惑性，是不可靠的。圖1采樣率為4Gsa/s，而圖2因?yàn)門的增大從而導(dǎo)致采樣率僅剩2MSa/s，因此會產(chǎn)生上述中圖2波形失真的問題。實(shí)際上，一般采樣率要在信號頻率的4~5倍左右波形才是有保證的。

     圖1和圖2的結(jié)果對比，可能還會有存在這樣的疑惑：為何設(shè)置同樣的存儲深度1.4Mpts，圖1僅達(dá)到1.12Mpts，但圖2卻能達(dá)到1.40Mpts，這就與上述的關(guān)系式N=Fs*T存在必然的關(guān)系，T為固定的值幾個數(shù)值變化，一定會需要相應(yīng)固定的存儲深度和4GSa/s相乘，為策略性問題。

02、分段存儲方式解決失真問題

       我們將上述的圖2水平時基檔位變大，即1ms/div，如下圖3所示，在此能夠看到我們采集到的CAN總線信號有很大一部分時間采集的都是沒有用的信息，出現(xiàn)這樣的問題是因?yàn)閼?yīng)用程序?qū)AN總線的控制通信是有時間間隔的。

【圖3 存在通信時間間隔的CAN信號】

      假如我們此時只想獲得通信的數(shù)據(jù)內(nèi)容，但不需要幀與幀之間的等待時間，對此間隔對采集數(shù)據(jù)來說毫無意義，在此我們是否就可以考慮讓示波器只記錄有用信息的那一段，無用信息的那段則就不記錄，這樣不就能夠節(jié)省大量的存儲深度，從而緩解甚至解決之前出現(xiàn)的那種失真問題了嗎？因此，接下來就是本篇講解的重點(diǎn)功能——分段存儲。如下圖4通過設(shè)定CAN的起始位為觸發(fā)條件，從而利用分段存儲功能獲得511幀CAN信號波形，且每一幀波形都不存在失真。

【圖4 分段存儲CAN信號】

03、分段存儲的原理

       根據(jù)上述例子，大家對于分段存儲也有了一定的了解。所謂分段存儲，既通過設(shè)置觸發(fā)的方式，對每次觸發(fā)采樣得到的數(shù)據(jù)存放到各段的存儲空間中，從而能夠更高效地利用示波器的存儲深度并保證波形細(xì)節(jié)，同時也可以在足夠的采樣率下捕獲多個波形事件，以便進(jìn)行有效的分析。

     存儲原理如下圖5所示，總的存儲深度分為n段，第1段用于顯示，第2段則開始存儲，也就是當(dāng)發(fā)生一次觸發(fā)時采集的數(shù)據(jù)存儲到第2段存儲空間中（在此不同示波器的策略可能存在差異，但觸發(fā)后再存儲的本質(zhì)就沒什么變化），在第2段存儲空間存儲滿以后， 結(jié)束一次觸發(fā)，等待第二次觸發(fā)的到來，觸發(fā)后把數(shù)據(jù)存儲到第3段存儲空間中，以此類推。

【圖5 分段采集原理】

      ZDS5054Pro示波器為例，總的存儲深度為512Mpts，段數(shù)分配計算公式如下：N=512*1024*1024/【當(dāng)前存儲容量向 2^n 次冪取整】- 1。

04、采用分段存儲采集小概率波形

       分段存儲除了上述能夠用來提高采樣波形的準(zhǔn)確性外（高效利用示波器的存儲深度進(jìn)而增加了有效采樣數(shù)據(jù)），同時還可用來捕獲令大多工程師頭疼的偶發(fā)信號。如下所示的以“8小時振蕩檢測試驗(yàn)”作為捕獲案例。

1、實(shí)驗(yàn)背景 

     采用ZDS5054Pro示波器測試做振動試驗(yàn)的連接器，測試的整個過程中，監(jiān)測連接器可能出現(xiàn)次失效區(qū)的次數(shù)，進(jìn)而檢測產(chǎn)品是否合格。

2、測試需求 

     整個振動試驗(yàn)時長8個小時，在整個過程中連接器可能會出現(xiàn)0~幾十次失效區(qū)，時長是300ns以上，幅值大小不確定（正常情況下電平為 1V），如下圖6所示。

【圖6 連接器失效區(qū)信號波形】

3、測試過程和分析 

     按照異常信號的特征，設(shè)置好示波器捕獲觸發(fā)條件（包含觸發(fā)電平、觸發(fā)方式、時基等），考慮到振動實(shí)驗(yàn)室噪聲干擾較大，失效時的尖峰波形會與雜波混雜在一起，不易測試失效區(qū)信號，所以在此采用分段存儲的方式去捕獲失效區(qū)信號。進(jìn)行8個小時的振動試驗(yàn)監(jiān)測，捕獲異常信號情況如下圖7和圖8所示：

【圖7 第9段異常信號】

【圖8 第13段異常信號】

       經(jīng)過圖7和圖8對比分析，示波器在140us的采樣時間下采樣率依然可以維持在4GSa/s，因此這次獲得的異常信號是有效的。打開光標(biāo)對圖7信號進(jìn)行測量，能夠發(fā)現(xiàn)該信號保持了大約1.79us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于300ns，能夠斷定連接器在此時出現(xiàn)了一次失效。當(dāng)然，假如朋友們想要知道是在哪個時間段失效的，只需要在測量完畢后暫停然后回顧分段的歷史記錄即可，在此就不對示波器做過多演示。

4、小總結(jié)：

     分段存儲主要應(yīng)用于捕獲有效的波形，之后再將之存儲，能夠比直接存儲更有效地利用存儲區(qū)域，假如大家想長時間去捕獲偶發(fā)信號，那么在此分段存儲一定會成為大家得力的工具。還有其他疑問的伙伴們可以在線咨詢，或者致電客服！

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