如何校准示波器的水平准确度

X 轴几乎专门用作时基的载体。垂直通道通常有多个,时基则通常有两个:主时基和延迟时基。这些时基可以通过两个独立的采样率,或通过单个但较长时间的采集存储上的定位“缩放”窗口在 DSO 中实现。

如何校准示波器的水平准确度

水平偏转准确度

在确定水平偏转的准确度时(通常使用模拟示波器),必须先设置显示的几何形状。在初始几何设置中已假定包含此设置。

完成此操作后,可以尝试进行以下调整或检查:

  • X 轴带宽
  • 水平时基
  • 时基延迟准确度
  • 时间放大率
  • 延时抖动
  • 触发器功能
  • X-Y 相位关系

X 轴带宽

对于模拟示波器,将使用“稳幅正弦波”来检查水平放大器的带宽,例如垂直通道检查(在时基关闭的情况下)。这首先包括测量水平迹线的显示长度,作为参考频率(通常为 50 kHz)下的正弦波 X 输入。

然后,在相同的幅值下,将该频率更改为水平放大器的指定 3 dB 点,然后再次测量显示的迹线长度。如果观测到的 3dB 点迹线长度等于或大于参考频率下长度的 70%,则带宽是正确的。

DSO 通常采用垂直通道放大器作为水平放大器,因此在测量了垂直偏转带宽后,通常不需要测量水平偏转带宽。

水平时基准确度

测试设置

在此测试中,将时基切换到要检查的扫描速度(或时间/格),并且时间标记生成器的输出通过需要的垂直通道输入。在使用示波器校准仪时,这些输入是方波,并在特定频率下切换到正弦波。

定时校准准确度

25 ppm 的定时准确度足以用来校准大多数模拟示波器和许多 DSO,但某些更高性能的 DSO 需要好于 0.3 ppm 的定时准确度。

为什么使用方波?

过去,时间标记采取“梳状”波形的形式,由一个方向上的一系列差异化边沿组成,其返回沿受抑制。这会因采样而给 DSO 带来困难,导致梳峰可能落在采样之间,造成幅值改变且难以判断精确的边沿位置。使用方波或正弦波形式的时间标记可显著减少由于这种 1 点抖动而导致的不准确。

测量值

如果水平定时正确,标记定时设置为每格分配一个周期。

通过观察,调整标记生成器的偏差控制,以对齐屏幕上对应垂直刻度线后面的标记,并记录施加的偏差。施加的偏差不应超过示波器的定时规格。

对示波器制造商指定用于校准的所有扫描和时基时间/格设置重复该操作。

时基延迟准确度

对于该测试,假设延迟的时基表示为主要时基的增强,并可以切换为单独显示。对于所有示波器,最好关闭再触发模式。

时间标记生成器的输出通过需要的垂直通道输入,并将示波器调整为每格显示一个周期。如图所示,示波器模式开关被设置为在选定标记边沿上增强主时基的延时部分(这可能需要对示波器的延时控制进行一些调整)。

  • 示波器延时模式开关被设置为单独显示延时扫描,并且延时控制被调整至将时间标记边沿与选定垂直基准线,即中心刻度线对齐。记录示波器的延时设置。
  • 示波器模式开关设置为在不同的选定标记边沿上增强主时基的延时部分。
  • 示波器延时模式开关同样被设置为单独显示延时扫描,并且延时控制被调整至将时间标记边沿与同一垂直基准线对齐。再次记录示波器的延时设置。

最后,比较示波器的这两次延时设置。应该在示波器指定的限制范围内,检查二者之间的差异是否与两个选定标记之间的时间相同。

水平 10 倍放大准确度

时间标记生成器的输出通过需要的垂直通道输入,并将示波器切换为每格显示 10 个周期。时间标记生成器频率/周期调整至每格提供恰好 10 个周期。

迹线右侧(触发后的时间最长)的误差可能最大,因此将示波器的水平位置控制进行调整,将标记边沿置于屏幕中心的“A”处。

  • 将示波器设置为 10 倍放大显示扫描,并调整水平位置控制,以将标记边沿“A”精确对准中心刻度线。
  • 调整标记生成器频率/周期偏差控制,使标记边沿与刻度线精确对齐。
  • 记录标记生成器频率/周期偏差设置。此设置应在示波器的指定限值内。

同样,对于 DSO,可用的“缩放”或 X 放大倍率范围按照制造商的指定进行校准。

延时抖动

示波器上的延时抖动通常在 20,000:1 的时间放大率下测量。这意味着延迟时基的运行速度必须比主时基快 20,000 倍(对于以 20 ms/格的速度运行的主时基,延迟时基必须以 1μs/格的速度运行)。

对于该测试,主时基的增强被调整到中心刻度线的边沿(在主时基的速度与延迟时基的速度之间存在这种差异的情况下,主时基只有极小部分被增强,可能难以调节)。

时间标记生成器的 20 ms 周期输出输入到需要的垂直通道,并将示波器调整为每格显示一个周期(20 ms/格)。

如图所示,使用示波器延时控制将延迟时基设置为以 1 μs/格的速度运行,并且示波器模式开关设置为在中心标记边沿上方增强主时基的延迟部分。

示波器延时模式开关被设置为单独显示延时扫描,并且延时控制被调整至将时间标记边沿与选定垂直基准线(如中心刻度线)对齐。

沿水平轴测量的波形显示部分的垂直边沿(显示抖动)宽度不应超过示波器指定的抖动限值(例如,对于 20,000:1 规格,示波器对宽度的贡献应小于 1 格)。

后续校准

以下这些文章继续讲述了示波器校准过程的后续步骤: