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示波器分段存儲功能，你真的會用嗎？

閱讀：2145 發(fā)布時間：2022-6-23

如果你在使用示波器時，因采集到的無效波形過多，導(dǎo)致有效波形失真，又或者你在捕獲異常時，想獲得每次異常現(xiàn)象，那么這里提到的分段存儲功能，可能就是你想要的答案。

波形失真案例分析

我們采集一段波形CAN總線信號，用ZDS5054 Pro示波器對該信號進行采集并顯示。第一次實驗我們將示波器存儲深度設(shè)置為1.4Mpts，采樣時間設(shè)置為280us，采集完成一幀波形并按下暫停后，將波形調(diào)整至合適位置，波形和解碼結(jié)果如圖1所示，此時屏幕時基為10us/div。第二次實驗我們將示波器存儲深度同樣設(shè)置為1.4Mpts，但采樣時間設(shè)置為700ms，采集完成并按下暫停后將波形調(diào)整為第一次實驗設(shè)置的參數(shù)即10us/div，獲得的一幀CAN總線波形和解碼結(jié)果如圖2所示。

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

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.png

圖2 存儲深度1.4Mpts、采樣時間700ms波形結(jié)果的部分

很明顯，在不同的時間采樣下，圖2的波形存在很大程度的失真，導(dǎo)致系統(tǒng)解碼解析不出來。這里導(dǎo)致失真的主要原因和存儲深度及采樣率有一定的關(guān)系。對于采樣率 Fs、存儲深度 N，及捕獲時間 T（本實驗中設(shè)置的采樣時間T）三者必然滿足如下關(guān)系式：N = Fs *T。

當(dāng)我們存儲深度固定時，增加捕獲時間T，必然導(dǎo)致采樣率的降低，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，若 Fs 低于被測信號頻率的 2 倍，將存在混疊現(xiàn)象，此時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因為T的增大而導(dǎo)致采樣率僅剩2MSa/s，因此出現(xiàn)上述的圖2波形失真的問題。實際上，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。

對比圖1和圖2，可能還會有小伙伴疑惑為什么設(shè)置同樣的存儲深度1.4Mpts，圖1僅達(dá)到 1.12Mpts，而圖2卻能達(dá)到1.40Mpts，這僅僅是因為上述的關(guān)系式N = Fs *T導(dǎo)致的，T為固定的值幾個數(shù)值變化，必然需要相應(yīng)固定的存儲深度和4GSa/s相乘，為策略性問題。

采用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，如圖3所示，可以看到我們采集到的CAN總線信號有很大一部分時間采集的其實都是無用信息，這是因為應(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.png

圖3 存在通信時間間隔的CAN信號

如果我們此時只想獲得通信的數(shù)據(jù)內(nèi)容，而無需幀與幀之間的等待時間，那么此間隔對采集數(shù)據(jù)來說并無意義，這時候我們是不是就可以考慮讓示波器只記錄有用信息的那一段，無用信息的那段就不記錄，這樣不就可以節(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？所以，此處便是我們講解的重點功能——分段存儲。如圖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，并且每一幀波形都不存在失真。

圖4 分段存儲CAN信號.png

圖4 分段存儲CAN信號

分段存儲的原理

由上述例子，相信我們對分段存儲有了一定的概念理解。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，從而可以更高效地利用示波器的存儲深度且保證波形細(xì)節(jié)，并且也能夠在足夠的采樣率下捕獲多個波形事件，以便進行有效的分析。

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 段開始存儲，也就是當(dāng)發(fā)生第一次觸發(fā)時采集的數(shù)據(jù)存儲到第2段存儲空間中（此處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)沒變化），當(dāng)?shù)?段存儲空間存儲滿之后，結(jié)束第一次觸發(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。

采用分段存儲采集小概率波形

分段存儲除了上述可以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從而增加了有效采樣數(shù)據(jù)），還可以用來捕獲令大多工程師頭疼的偶發(fā)信號。下面以“8小時振蕩檢測試驗"作為捕獲案例。

1、實驗背景

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

2、測試需求

整個振動試驗時長 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.png

圖6 連接器失效區(qū)信號波形

3、測試過程和分析

首先，根據(jù)異常信號的特征，設(shè)置好示波器捕獲觸發(fā)條件（包括觸發(fā)電平、觸發(fā)方式、時基等），由于振動實驗室噪聲干擾較大，失效時的尖峰波形和雜波混雜在一起，不易測試失效區(qū)信號，因此這里采用分段存儲的方式去捕獲失效區(qū)信號。進行8個小時的振動試驗監(jiān)測，捕獲異常信號情況如圖7和圖8所示：

圖7 第9段異常信號

圖8 第13段異常信號

通過圖7和圖8對比分析，示波器在140us的采樣時間下采樣率依舊保持在4GSa/s，則此次獲得的異常信號是有效的。打開光標(biāo)對圖7信號進行測量，可以發(fā)現(xiàn)該信號保持了大約1.79us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于300ns，因此可以斷定連接器在此時出現(xiàn)了一次失效。當(dāng)然，如果小伙伴們想要知道是在哪個時間段失效的，則只需在測量完畢后暫停然后回顧分段的歷史記錄即可，這里就不對示波器做過多演示。

經(jīng)過上述對分段存儲原理講解及案例分析，相信小伙伴對分段存儲已經(jīng)有了一定程度的理解。最后再做一個總結(jié)，分段存儲主要用于捕獲有效的波形并將之存儲，可以比直接存儲更有效地利用存儲區(qū)域，并且，如果你想長時間去捕獲偶發(fā)信號，那么我相信分段存儲必然可以成為你的得力的工具。

示波器分段存儲功能，你真的會用嗎？

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