LANCY0802-專業信號測試技術

 

LeColn Application Note                                                                      LANCY0802 

主題:  淺談信號測試與工作效率-工程師基礎觀念養成                            

企劃處 2007 年12 月 11 日

1.前言:  何謂信號測試

示波器是檢驗信號品質的測試儀器，因此發展出許多特殊測試方式，例如眾所皆知的游標

(Cursor)，然後發展至自動參數(Parameter)，更進階的工程師採用參數統計(Parameter Statistic)評斷信號穩定度，或者以圖表方式觀察待測物之長時間變動情形，其目的是要測出一個 數據代表信號品質的優劣，因為示波器測試方式持續演進，是為了讓工程師獲得更詳細的測試結 果，儀器廠商持續演進測試方式，所以本文針對示波器上述幾項功能一一詳細為各位做介紹。

2.游標測試(Cursor):

工程師最熟悉的操作方式，因為要方便觀察信號，所以示波器必須將波形置於畫面上，例如將上昇緣置於螢幕中央，然後開啟遊標(Cursor)量測上昇時間，游標有兩個，其一是在左側稱

做 reference cursor，其二是在右側稱做 difference cursor，示波器則計算兩游標之距離獲得

時間差，並顯示於螢幕右下方，由於工程師可自行選定區間測得波形上昇時間，不需要學習太多示波器的功能，操作簡單也很容易看懂。

 

圖 1:信號電壓為 5V，上昇時間是10%~90%，甲工程師使用游標自 0.483V 計算至 4.505V 是27.9ns

3.自動參數(Parameter):

隨著測試技術的進步，示波器發展出自動參數的工具，儀器廠商將數十個常用之測試條件 撰寫成固定判斷邏輯，藉此可以快速讀取波形之數據，所以游標固然方便好用，基於無法克服下 述問題，所以可以考慮採用自動參數:

_{a)人為操作誤差風險:  若有兩位以上工程師測試同一組波形，不一定會獲得相同結果}

b)大量數據測試緩慢:  每一項測試都必須人工完成，測試效率比較差

c)缺乏數據統計結果:  每完成一個數據必須人工記錄，無法保留歷史紀錄與統計結果

圖 2:LeCroy 示波器的參數設計更貼心，增加參數輔助標籤，可以清楚觀察到波形測試的位置

4.參數統計觀念(Parameter Statistic):

圖 3:透過統計功能計算全部週期，比游標測量更方便更快，因此示波器一次擷取一筆大量數據，自動參數即可將 117 筆上昇時間記錄於底下的參數統計，包含最後一筆值(24.323ns)、平均值

(25.60477ns)、最小值(23.282ns)、最大值(28.176ns)、標準差(1.06458ns)、次數(117)，同時 可以測量六組參數以上，大大提高效率

5.參數可以做加減乘除嗎?  進階參數計算功能(Advanced Measurement)欲量測 500MHz 的方波，規格是500MHz+/-5MHz，報告上若要標示頻率偏移最大值不能超過+/-5MHz，測試結果必須再扣掉500MHz，因為示波器自動參數計算得到之頻率讀值，無法 自動減掉 500MHz，所以必須在 excel 下用三個欄位解決這個問題，而且工程師做測試報告時 必須將數據逐一寫入excel 欄位內，花費的時間比較長，若測試數據繁多更容易出錯，如圖 4 表示。

 

圖 4:如果要測試十次頻率誤差讀值，第一次將結果記錄於 EXCEL 表格之 B2，於 C2 填入標準值

500MHz，再將 D2=B2-C2 計算出第一筆誤差值，以此類推可以計算十筆誤差值。

Windows 平台示波器提供更有效率的計算，透過進階的參數計算功能，示波器的參數不須 在任何類似 Execl的軟體再去做計算，只需打開參數量測頻率(Frequency)，在第二組自動參數輸入一個常數500MHz，然後於第三組參數執行第一組與第二組自動參數的相減，即可以知道此波形頻率與理想值的誤差值。

圖 5:透過進階的參數計算功能，如第一組參數(P1)讀出此信號的頻率是498MHz，在第二組參數

(P1)輸入一個常數500MHz，然後於第三組參數(P3)做 P1-P2，即可以知道此信號與理想值的誤 差為-1.5MHz

圖 6:開啟統計功能後可以讀取更多資料的計算，例如計算 1440 次的結果之後，誤差範圍在-6.1MHz~3.7MHz，所以此信號的頻率低於 500MHz 的機會比較大

6.示波器連結應用程式執行進階數學運算(Advanced Math)

工程師做測試報告的方式須將數據逐一寫入Excel 欄位內，花費的時間比較長，測試數據繁多更容易出錯，因此採用進階數學運算可以直接連結 Excel 應用程式，並執行任何 Excel 的計算公式，或者把Excel 分析完成之結果，再傳回示波器的畫面上，藉由此方式可提高工作效率與 排除人為錯誤，除 Excel之外，亦支援 Visual Basic、Mathcad、Mathlab…等等軟體，整合示波器之操作介面與電腦應用程式，執行特殊量測需求與應用，其便利性遠超出示波器所帶來的好處

 

圖 7:傳統的方式需人工方式將數據記載於報告上，或將數據儲存成檔案後於另一部PC 執行計算，然而專業的示波器提供進階數學運算，可以結合應用程式例如Excel、Matlab、Mathcad、 Visual Basic，執行複雜的計算，不僅提高效率亦可排除誤差

圖 8:LeCroy 的進階運算功能開放連結外部應用程式，在選單安內選擇欲執行運算之應用程式，則示波器即開啟應用程式並允許將計算的結果傳回示波器.

圖 9:這是在