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汇聚顶尖维修技术 用心修好每一台仪器 让科研之路更加顺畅
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2018/04
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安泰频谱仪维修---减少示波器幅度测量误差的小经验
在测量过程中看到了一个开始让我们有点想不通的现象，就是利用示波器测量信号发生器产生信号的峰峰值，结果有些不一致，而且结果通常偏大。当然，我这里采用的这两台仪器都是顶尖品质的仪器，用于连接的BNC电缆也是高品质的。经过大家的辩论，我也请教了这方面的高手，也通过具体的实验，更深一步地了解到了问题的本质。这里首先和大家分享一下如何更合理使用示波器，来减少幅度测量误差。
现象：“我用示波器测33220A的正弦波，33220A输出5Vpp，频率10KHz。用示波器测出来幅度是5.2V这是为什么？”我们模拟了的客户的设置，用BNC线缆连接33220A和安捷伦MSO-X2024A示波器。客户将垂直分辨率设为2V/格，结果为5.2V，如下图所示。
如下图所示，利用示波器的微调功能，将垂直分辨率设为740mV/格，测试峰峰值为5.06V。相对之前的结果，有了很大改善。
但测量结果还是偏大。这是由于我们采用了示波器的峰峰值测量，在这种测量方式下，测量的是信号最大值。由于波形上会有些噪声信号，测量结果就是波形的幅度加上噪声的幅度。从而导致了测量结果偏大。
还有没有办法能进一步改进测试结果呢？答案是肯定的。如果测试信号是一个周期函数信号，例如正弦波或方波，可以在示波器的采集模式菜单中，选择“平均”模式。该模式可以平均多次采集结果以降低噪声并提高分辨率。
如下图所示，我选择了平均模式，测试结果为4.972V。
但这种方法，适合于重复性非常好的比较简单的波形。它是捕获若干个波形后，进行平均运行，获得的测量值。这样的好处是可以一定程度上消除随机误差和噪声干扰，如果对于更为复杂的信号，这种方法显然是不行的，而去回隐藏一下波形本身的问题。这就需要更高分辨率的示波器，或者带有高分辨率模式的示波器。高分辨率的示波器直接采用12bit的AD，可以有更高的分辨率，从而减小量化误差。例如安捷伦的9000H系列示波器。但这示波器价格很高，大多数工程师手中不会有这种东西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式，它通过数学运算的方式，将8bit的AD提升为10-12比特，这样也可以减少测量误差。
以下这张截屏就是我们利用安捷伦的33220A20MHz波形发生器产生5Vpp的正弦波，同时利用安捷伦MSOX2024A示波器测量到的波形。测量值是5.01V，非常接近于波形发生器的输出设定值！这种方法同样适用于非重复的波形。
下面客户遇到的问题：
“我用33220A输出10Hz，5Vpp值的正弦波，怎么示波器测出来只有3.5Vpp啊？如果我把33220A的幅度设为1KHz，示波器测出来就对了。低频信号输出不正常啊！是不是你这台33220A有质量问题啊？”有位用户很生气地给我们打电话来。
现象：“我用示波器测33220A的正弦波，33220A输出5Vpp，频率10KHz。用示波器测出来幅度是5.2V这是为什么？”我们模拟了的客户的设置，用BNC线缆连接33220A和安捷伦MSO-X2024A示波器。客户将垂直分辨率设为2V/格，结果为5.2V，如下图所示。
如下图所示，利用示波器的微调功能，将垂直分辨率设为740mV/格，测试峰峰值为5.06V。相对之前的结果，有了很大改善。
但测量结果还是偏大。这是由于我们采用了示波器的峰峰值测量，在这种测量方式下，测量的是信号最大值。由于波形上会有些噪声信号，测量结果就是波形的幅度加上噪声的幅度。从而导致了测量结果偏大。
还有没有办法能进一步改进测试结果呢？答案是肯定的。如果测试信号是一个周期函数信号，例如正弦波或方波，可以在示波器的采集模式菜单中，选择“平均”模式。该模式可以平均多次采集结果以降低噪声并提高分辨率。
如下图所示，我选择了平均模式，测试结果为4.972V。
但这种方法，适合于重复性非常好的比较简单的波形。它是捕获若干个波形后，进行平均运行，获得的测量值。这样的好处是可以一定程度上消除随机误差和噪声干扰，如果对于更为复杂的信号，这种方法显然是不行的，而去回隐藏一下波形本身的问题。这就需要更高分辨率的示波器，或者带有高分辨率模式的示波器。高分辨率的示波器直接采用12bit的AD，可以有更高的分辨率，从而减小量化误差。例如安捷伦的9000H系列示波器。但这示波器价格很高，大多数工程师手中不会有这种东西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式，它通过数学运算的方式，将8bit的AD提升为10-12比特，这样也可以减少测量误差。
以下这张截屏就是我们利用安捷伦的33220A20MHz波形发生器产生5Vpp的正弦波，同时利用安捷伦MSOX2024A示波器测量到的波形。测量值是5.01V，非常接近于波形发生器的输出设定值！这种方法同样适用于非重复的波形。
下面客户遇到的问题：
“我用33220A输出10Hz，5Vpp值的正弦波，怎么示波器测出来只有3.5Vpp啊？如果我把33220A的幅度设为1KHz，示波器测出来就对了。低频信号输出不正常啊！是不是你这台33220A有质量问题啊？”有位用户很生气地给我们打电话来。
通过与客户的沟通，发现他认为自己测试的是交流信号，所以把示波器的耦合方式设置为AC耦合。殊不知，选择AC耦合后，示波器会把一个3.5Hz高通滤波器（以安捷伦2000X系列示波器为例）与输入波形串联，导致示波器测量值偏小。只要将耦合方式设置为DC耦合，就能得到正确的结果了。
西安安泰测试设备维修中心于2008年创立，专业从事各种测试测量仪器及系统的维修与技术支持服务，始终保持与持续拓展领先的维修技术与能力，具备对各类型采用复杂封装工艺加工生产的高端仪器进行芯片级维修的技术能力。我公司依靠精良的检修设备，过硬的维修技术，合理的维修价格，高效的维修周期和完善的售后服务，打破了原厂的垄断局面，为客户节省维修费用，缩短维修周期。目前，西安安泰测试设备维修中心已配备各类型硬件检测设备及专业的集成器件维修平台，不仅可以帮助客户大幅降低维修成本，并且为用户提供包括返厂维修在内的各种增值服务，欢迎随时来访安泰维修网！
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