基于延迟功能的数字示波器时基误差检定方法探讨

陈惠珍

摘要：参考时钟、计数器以及倍频器等方面电路的作用，将会影响到数字示波器系统的时基稳定性效果。当前在检定数字示波器时基误差的过程中，《数字示波器检定规程》GJB 7691-2012（以下简称检定规程）明确了相应的检定方法，为开展数字示波器的计量工作提供了重要的前提条件。而面对具有延迟功能的数字示波器，需要采用合理的检定方式。本文主要是从基于延迟功能数字示波器时基误差检定方法的重要性分析入手，重点介绍了时基检定原理，并通过实验数据分析，探讨如何选择合适的时基误差检定方法。

关键词：延迟功能；数字示波器；时基；检定方法

前言

示波器在开展时域测量工作的过程中发挥积极作用，按照工作原理划分为数字示波器和模拟示波器。数字示波器在实际应用的过程中，定时元件的稳定性将会影响到数字示波器采样系统的实际应用效果，从这个层面来看，具体开展计量检定工作过程中，需要全方位的控制数字示波器的各项测量技术指标，时基就是其中的一个重要技术指标。时基是否准确稳定，直接影响数字示波器水平时间的测量性能。

1.时基检定方法的重要性

1.1现行检定方法

在检定数字示波器时基参数时，检定规程提供了三种方法，分别是：第一，通过设置延迟的测量方式，对时基误差进行检定；第二，如果当数字示波器处在欠采样工作方式的过程中，实际开展时基检定工作，需要通过合成信号发生器输入10MHz频率，通过测量取样时钟差拍波形频率，计算得出时基误差；第三，当数字示波器自身有时基时钟输出时，可采用频率计直接测量时基时钟输出的检定方法。

1.2拓展检定方法的必要性

通过上述这些检定方法，通常能够明确得出最终的检定结果，但是不容忽视的是，数字示波器发展十分迅速，拥有较为繁多的种类，不同厂家在表现各项技术细节中所采用的方法也很多，尤其是面对一些功能实现方式较为特殊的产品，在规定的延迟时间内，数字示波器时基误差检定结果容易受到扫描时间因数的影响，换句话说，当数字示波器的时间分辨力较低时，使用当前检定规程提供的方法进行检定时，则会产生不同方法、不同人员检测出来的结果存在较大差异性的现象，无法保证检定结果准确可靠。因此在实际检定数字示波器的过程中，需要选择合适的数字示波器时基误差检定方法，才能全面有效的开展时基误差检定工作并保证其检定效果。

2.时基误差检定原理分析

2.1检定原理

基于延迟功能出发的时基误差检定，是在固定延迟时间内开展输入时标信号的误差累积，如果所累积到的误差超出了系统分辨力标准，将能针对系统累积误差集中性的读取，计算累积误差和延迟时间的相对值，通过计算结果来全方位评定数字示波器时基项目的技术指标。具体开展检定工作的过程中，选择一定的水平扫描速度，使得其主时基和延迟时基都能够处在事先规定好的延迟时间之内，将时标信号运行过程所表现出的相对位置变化情况进行充分记录，做好时基误差计算工作。需要注意的是，这种检定方法的应用，需要能有效保证数字示波器保持稳定的运行状态且水平扫描速度不受到限制，否则就会导致时间分辨力无法达到时基累积误差的标准，这样将会降低时基误差的总体测量准确性。

2.2案例分析

本案例中选择的62Xs和422两种型号的数字示波器，这两种型号的示波器均不可在欠采样模式下进行检定，且自身没有时基时钟输出，只可采用上述检定方法中的第一种。调整时标信号发生器输出周期为10ms的150ps快沿信号，针对数字示波器中的各项设置情况进行合理性的调整，使其能够良好符合数字示波器的运行标准，保证屏幕中央显示出稳定的波形状态，同时在已经选择好的延迟时间之内，根据数字示波器表现状态，选取水平方向最快扫描速度。在波形调整的基础上，使上升部分标志点居于示波器屏幕中央，同时将波形的水平和垂直位置控制在固定状态。开启延迟功能，设置适当延迟时间，在同一扫描速度之下运行延迟时基，测量波形上升部分标志点距屏幕水平正中位置的时间，按规程给出的公式计算时基误差。

在不同的延迟时间下进行时基误差检定，得到的情况如下表所示。

从上表中看出两种型号的数字示波器在不同延迟时间下，检出的时基误差均为0.0，而其时基累积误差却明显小于时间分辨力，该检定结果存在疑问。

3.选择合理的检定方法

3.1局部缩放

电子技术持续更新和进步，数字集成电路的运行和发展越来越能够有效支持当前众多电子设备运行状态。现阶段设计的数字示波器，已经具有了较高的采样速率，有机融合了常规深存储器技术和传统技术，同时加以不断优化和改进，使其具备一定的局部缩放功能，也就是能够针对波形细节进行即时性的缩放，促进系统时间的总体分辨力有效增加，为用户有效获取到长时间的周期信号，提供重要的前提条件。充分发挥数字示波器局部缩放功能的优势和作用，将其调整至时基误差检定环节所规定的延迟时间，局部放大这一位置的波形情况，这样将能有效提升数字示波器在延迟时间内的水平扫描速度。具体使用局部缩放功能的过程中，被检测的数字示波器主时基需要保持着固定的扫描时间因数，适当增加延迟时基扫描时间因数，从而增加主时基和延迟时基扫描速度的比例，换句话说也就是提升了数字示波器的时间分辨力。

3.2科学验证

在数字示波器时基误差检定过程中，将时标信号发生器的快沿信号设置為150ps，输出周期设置为10ms，启动局部缩放功能，以延迟时间触发点为位置中心，按公式计算出主时基和延迟时基的比例，得出结论：时间分辨率大于延迟累积误差，符合条件测量时基误差。

采用局部缩放功能作为数字示波器时基误差的检定方式，需要针对这一方式进行全方位的验证。以TDS7104型数字示波器为例，通过不同的检定方法，对其检定结果展开细致的对比工作，具体操作如下：TDS7104型数字示波器拥有稳定的时基时钟输出信号，且在实际运行过程中不会受到水平扫描速度和规定延迟时间的影响，选取文中上述三个方法中的第一种和第三种，再加上局部缩放功能的检定方法，分别对TDS7104型数字示波器的时基误差进行检定，具体得到的时基误差数据分别为4.1×10-6，4.2×10-6，4.0×10-6。比对测试结果，可看出使用局部缩放功能的检测方案与检定规程提供的方法测出的数据具有良好的一致性。实验表明利用数字示波器局部缩放功能进行时基误差检定的方法具有良好的可行性和应用效果，能够有效保证测试数据的准确有效，可作为数字示波器时基误差检定的一种方法。

4.结束语

数字示波器时基误差检定工作的开展，能合理有效的分析和研究数字示波器的总体运行情况。而现行的检定规程无法全面涵盖数字示波器时基检定的各方面情况，需要结合数字示波器的具体情况，选择合适的时基检定方式。本文从延迟功能出发，探讨发挥局部缩放功能的优势，将波形进行放大，间接提高水平扫描速度的一种时基误差检定方法，希望能为具有延时功能的数字示波器时基误差检定工作提供借鉴和参考。

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