在需要测试一些不规范的非周期性突发信号(比如开关、继电器触点火花、毛刺干扰等)时,用一般的示波器就显得无能为力了。由于这类偶尔突发的信号,时间短、幅度大,只有用数字示波器的存储功能将它们记录下来,然后才可以对它们进行详细地观察和分析。下面就针对这一问题,介绍如何用数字示波器捕捉非周期性信号的方法和步骤。
在介绍之前,让我们对数字存储示波器的使用作一些简单的了解。图1是一台泰克TDS2002型数字存储示波器,各种牌号的数字存储示波器面板类似,大同小异。开机后,首先要对字存储示波器作功能检查和探头补偿校准。先将示波器探头(探头上的开关一般设定在×10位置)和地线夹子连接到面板的“探头元件”连接器上,见图1右下角所示,再按下“自设置”按钮,此时若示波器功能正,左方屏幕将显示频率为1kHz,电为5Vp-p的方波。
若屏幕显示的方波有如图2所示的失真,就需要对探头进行补偿调整,图2上边为“过补偿”波形;下边为“欠补偿”波形。这时可以用仪器配备的工具进行探头电容调整,如图3所示,直至左边屏幕上的方波正常为止。
这里附带提一下,泰克数字存储示波器配备一小包各种颜色的塑料小条,可能有读者对它有什么用途不清楚,这是供需要同时测试多路信号时,用来标识同一路插槽和探头的,即在同一根探头线的两头套上相同颜色的塑料小条,以便区分各个通道,如图4所示。
下面以观察一个直流电源开关,以它开启和闭合时产生的毛剌脉冲为例,说明非周期性突发脉冲信号的捕捉过程,虽然这个测试内容比较简单,但只要掌握了测试方法和步骤,对捕捉其他非周期性突发信号也就触类旁通了。
1.首先将示波器CH1通道的探头接到直流电源相关测试点上,如图5所示,打开直流电源开关,调节直流电源的电压输出旋钮,选取一固定值,如图6所示直流电压设定为2.00V,屏幕显示一条2.00V的黄色直流电平直线。
2.调整仪器面板右侧“触发电平”旋钮,如图7所示,设定捕捉脉冲电平比信号电平稍高一点,这里设定稍高0.20V,也就是说,只要出现高于2.20V以上的脉冲都能捕捉到。在调整仪器面板右侧“触发电平”旋钮的同时,屏幕上的黄色箭头跟着上移;同时屏幕下方显示“2.20V”字样和“上升沿触发”等标志,如图8所示。
3.调整“水平位置”旋钮,设定捕获突发脉冲在X轴上的位置,此处设置在X轴(即时间轴)原点处。调整“水平位置”旋钮的同时,屏幕上方白色箭头在水平方向作相应移动,设置结果如图9所示。
4.按一下“单次(SINGLE)”主控按钮(参见图7)准备捕获触发脉冲,屏幕白色箭头上方显示“Ready”字样,表示准备好了。
5.将直流电源开关置于“关闭”位置,这时由于开关在关闭的瞬间将产生一个抖动脉冲,这个抖动脉冲即被数字存储示波器所捕获,在屏幕白色箭头上方显示“AcqComplete(捕获完成)”字样,并且在屏幕上,我们能看到在原直流电平的横线上、位于X轴原点附近有一个尖脉冲波,如图10所示。
6.这个被捕获的尖脉冲波形将被数字存储示波器保存下来,供我们作进一步的分析和研究,只要调整面板上的“秒/格”和“伏/格”等旋钮(参见图7),即可放大和移动被捕获的脉冲波形位置,图11为两个不同位置的被捕获脉冲波形,但它们都离X轴原点234.0μs处,见图11屏幕上方MPos:234.0μs”所示。
以上介绍测试的开关抖动情况,在电源电路、数字电路触发器、单片机电路等设计时,是需要考虑的因素之一。开关抖动的幅度越小,对电源负载电路的冲击就越小;按钮开关的抖动,可能导致触发器的误翻转;如果是按键,通过测量抖动的时长可确定单片机电路中断处理程序的延时长短等。