示波器停止采样波形现锯齿状的原因分析
当示波器停止采样时,将原来的波形垂直放大后会存在锯齿状,这是什么原因呢?这里跟跟大家一起剖析一下。
本文以ZDS4054Plus示波器为测试工具,原因阐述
1、运行状态下
当示波器处于【Run】时,示波器模拟前端会根据不同的垂直档位,始终会将信号的幅度调理到ADC合适的范围内,再进行量化,所以运行状态下的波形放大,不会存在锯齿现象。
·在200mv/div的档位下,垂直分辨率(25LSB/div)为8mv
·在50mv/div的档位下,垂直分辨率(25LSB/div)为2mv
垂直档位越小,分辨率越高,则采集到的波形测量精度就越高,这个就是推荐波形尽量铺满格子的原因。
2、停止状态下
在停止状态下波形不进行采集,也就是停止状态无论垂直档位怎么变化,仍然会保持停止时(200mv/div)的垂直精度8mv,所以当把波形的垂直方向放大4倍时(50mv/div),那么采样点与采样点之间的垂直距离就会变大,当然这仅仅只是进行数字化放大,示波器此时会进行插值保持,插值保持下波形会以阶梯的形式连接,这也是产生锯齿的原因。
理解误区:插值保持与插值算法有关么?
前面我们提到了插值保持,那么有的工程师可能就会想到,会不会是由于插值算法的原因导致了波形放大后出现了锯齿状呢?毕竟线性插值是以点的方式连接,出现锯齿状也很正常。答案是否定的,下面从原理层来分析一下。
首先解释一下何谓插值算法,对于很多示波器都会有不同的插值模式,常见的分为正弦插值和线性插值,在实际使用过程中,如果示波器ADC的采样率不足以恢复真实信号,我们需选择不同的插值方式进行测试分析:
1、正弦插值
正弦内插是示波器默认的插值方式,也是常用的插值方式。通过正弦内插的方式,能够比较准确和平滑地还原真实波形信号。利用曲线来连接样点,通用性更强。这种方法弯曲信号波形,使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。如图4所示为采样正弦插值的方式,观察到的放大后的波形。
2、线性插值
线性内插是简单的插值方式,计算量小。在ADC的相邻采样数据点之间按照线性多项式的计算方式插入一个计算值,插入的这个点为相邻两个采样点连线上的值。如下图5所示位采用线性内插方式测试波形,是通过点与点之间的直接连接形成的波形,细节上能够看到类似于锯齿波的形状,这种插值方式局限于直边缘的信号。
通过这两种插值方式对比,大家会发现正弦内插利用曲线连接采样点,线性内插通过点与点之间的连接形成波形,大家可能会倾向于线性插值的原因形成了放大之后的锯齿状。需要注意的是:插值算法是在ADC采样时进行的,当采样停止后,示波器才会进行插值保持,插值保持下采样点之间会以阶梯的形式连接,因此示波器停止下的放大只是单纯的数字化放大,是示波器插值保持的结果,这与使用何种插值算法完全无关。