示波器的Track和Trend功能如何使用

引言

示波器的Track和Trend功能是兩個(gè)基于測(cè)量的數(shù)學(xué)函數(shù)，可以使用這兩個(gè)函數(shù)來(lái)深入了解測(cè)量。

Trend是將測(cè)量事件號(hào)作為水平值，按測(cè)量順序繪制測(cè)量參數(shù)值的曲線圖。

Track是測(cè)得的參數(shù)值與時(shí)間的關(guān)系圖。

這些函數(shù)允許將一系列測(cè)量結(jié)果以波形的形式處理，使示波器可以執(zhí)行數(shù)據(jù)記錄、研究測(cè)量值之間的關(guān)系、在長(zhǎng)數(shù)據(jù)記錄中定位異常，甚至解調(diào)角度調(diào)制或脈寬調(diào)制信號(hào)。

如何使用Trend和Track

Trend和Track都基于示波器的測(cè)量參數(shù)。大多數(shù)示波器提供了約25個(gè)測(cè)量參數(shù)，包括頻率、幅度和上升/下降時(shí)間等。示波器持續(xù)跟蹤這些測(cè)量值，并使用它們顯示參數(shù)值的統(tǒng)計(jì)信息，還可以將這些值繪制為T(mén)rend或Track圖。

下圖顯示了如何使用Trend或Track功能。采集的（上部柵格的黃色波形）是脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)，參數(shù)P1測(cè)量所采集波形中每個(gè)周期的脈沖寬度。參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息包括最小脈沖寬度（2.698 ns）和最大脈沖寬度（49.3ns），以及所有值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。采集的波形中有100個(gè)周期（100k個(gè)樣本），每個(gè)周期的脈沖寬度被測(cè)量并記錄在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中。

底部曲線（藍(lán)色）是脈寬測(cè)量的Trend圖。它包含100個(gè)脈寬測(cè)量值（按其測(cè)量順序排列）。該曲線上的每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)測(cè)量值。用戶可以設(shè)置Trend圖中的測(cè)量值數(shù)量，通常以1-2-5的級(jí)數(shù)從2到1,000,000。在此示例中，Trend圖和源波形是同步的，因?yàn)門(mén)rend圖的長(zhǎng)度（100個(gè)值）與源波形的周期數(shù)匹配。不過(guò)并非總是如此。

中間曲線（橙色）是脈沖寬度的Track圖。該波形包含與采集波形相同的100k點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量值都被過(guò)采樣以匹配源波形每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。Track圖始終與源波形同步。

由于Track函數(shù)的時(shí)間同步特性，可以用它來(lái)解調(diào)此類(lèi)PWM信號(hào)，通過(guò)跟蹤頻率參數(shù)，也可以使用它來(lái)解調(diào)調(diào)頻（FM）信號(hào)或調(diào)相（PM）信號(hào)。

適合數(shù)據(jù)記錄的Trend函數(shù)

Trend函數(shù)非常適合數(shù)據(jù)記錄。

下圖為數(shù)據(jù)記錄示例，記錄了RMS線電壓和室溫的變化。

最上面的曲線是RMS線電壓的Trend圖，設(shè)置觸發(fā)釋抑在兩次測(cè)量之間插入5s的延遲。從上向下開(kāi)始的第二條曲線是熱電偶輸出的Trend圖，對(duì)熱電偶輸出進(jìn)行濾波并重定標(biāo)，以在函數(shù)曲線F4（從頂部開(kāi)始的第三跡線）中以攝氏度為單位進(jìn)行顯示。整個(gè)顯示曲線代表以5秒間隔進(jìn)行2,000次測(cè)量，即2.7小時(shí)。

打開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，線路電壓下降，然后溫度略有下降，整個(gè)過(guò)程是周期性的，這可通過(guò)對(duì)原始趨勢(shì)波形進(jìn)行互相關(guān)來(lái)驗(yàn)證，并顯示在底部曲線中。周期性在相關(guān)函數(shù)曲線中清楚顯示出來(lái)，大約每252次測(cè)量或大約每20分鐘循環(huán)一次。

利用Track函數(shù)做解調(diào)

在某些應(yīng)用中，解調(diào)角度調(diào)制信號(hào)是很實(shí)用的。例如，在測(cè)量鎖相環(huán)（PLL）的頻率響應(yīng)時(shí)，可以使用Track函數(shù)來(lái)查看PLL輸入和輸出的相位變化。下圖顯示了PLL頻率響應(yīng)測(cè)量。

任何設(shè)備的頻率響應(yīng)都可以通過(guò)使用階躍函數(shù)激勵(lì)來(lái)測(cè)量，對(duì)該階躍響應(yīng)求微分并對(duì)該響應(yīng)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）。

在上圖中，左上波形是PLL輸入：一個(gè)66.67MHz正弦波，在波形的中點(diǎn)具有2弧度的相位步進(jìn)。利用測(cè)量參數(shù)P1測(cè)量波形的時(shí)間間隔誤差（TIE），TIE測(cè)量實(shí)際波形邊沿與理想邊沿位置之間的時(shí)間間隔，TIE本質(zhì)上是信號(hào)的瞬時(shí)相位。PLL輸入的TIE的Track圖在上圖左側(cè)從上向下的第二條曲線中顯示。TIE的Track圖對(duì)相位調(diào)制輸入進(jìn)行解調(diào)，輸入波形中心的相位階躍很明顯。

右上方波形是PLL的輸出，通過(guò)測(cè)量PLL輸出的TIE并使用Track解調(diào)相位，可以查看PLL對(duì)相位階躍的影響，參見(jiàn)上圖右側(cè)從上到下的第二條曲線，Track功能提供PLL輸入和輸出的相位變化的查看，提供了在源波形中看不到的相位變化的視圖。這很重要，因?yàn)?strong>PLL是一個(gè)對(duì)相位敏感的器件。

通常使用脈沖函數(shù)作為輸入信號(hào)來(lái)測(cè)量信號(hào)的頻率響應(yīng)，對(duì)階躍響應(yīng)做微分會(huì)產(chǎn)生脈沖響應(yīng)，第三組曲線分別在上圖的左側(cè)和右側(cè)分別顯示了解調(diào)后的PLL輸入和輸出信號(hào)。

上圖的左下圖顯示了PLL脈沖響應(yīng)的FFT。這是一個(gè)基本平坦的響應(yīng)。右下方的PLL輸出脈沖響應(yīng)的FFT顯示了PLL的頻率響應(yīng)。從技術(shù)上講，頻率響應(yīng)是輸出與輸入FFT的復(fù)數(shù)比，但是由于輸入頻譜平坦，因此輸出頻譜近似于PLL的頻率響應(yīng)。

Trend還是Track？

Trend是數(shù)據(jù)記錄的首選。Trend曲線對(duì)每個(gè)測(cè)量值僅對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，因此它具有很高的存儲(chǔ)效率。

如果需要執(zhí)行與時(shí)間有關(guān)的操作，例如FFT或?qū)Σㄐ芜M(jìn)行濾波，則需要Track。Track也可以將異常的測(cè)量讀數(shù)追溯到源波形中，因?yàn)門(mén)rack曲線與源波形保持時(shí)間同步，這樣做會(huì)以在函數(shù)中使用更多樣本為代價(jià)。

Trend和Track功能可以協(xié)助查看各個(gè)參數(shù)測(cè)量的歷史記錄，通過(guò)單獨(dú)進(jìn)行一系列測(cè)量，可以使用示波器的函數(shù)和分析工具來(lái)了解更多有關(guān)被測(cè)量過(guò)程的信息，這樣可以大大減少故障排除和調(diào)試時(shí)間。

編輯：黃飛