介紹有關示波器在維修診斷中的應用

　　現在很多家庭都有了車，車也成為了家庭的代步工具，而我們也知道車在使用過程中會出現一些故障，這時作為維修人員，在診斷車輛故障時如何快速准確地捕捉到異常現象並找到原因，是解決問題的關鍵，而示波器則是幫助維修人員解決這一問題的重要幫手。在此結合示波器在維修診斷中的應用進行簡要分析。
　　1.數字示波器在汽車維修中的作用
　　汽車電子設備的有些信號變化速率是非常快的，變數位示波器化周期達到千分之一秒，通常測試儀器的掃描速度應該是被測信號的5～10倍。許多故障信號是間歇的，時有時無，這就需要儀器的測試速度高於故障信號的速度。數字示波器可以滿足這個速度要求，它不僅可以快速捕捉電路信號，還可以用較慢的速度來顯示這些波形，以便維修人員可以一面觀察，一面分析。它還可以用儲存的方式記錄信號波形，可以倒回來觀察已經發生過的快速信號，這就為分析故障提供了極大方便。無論是高速信號(例如：噴油器信號)，還是低速信號(如節氣門位置變化及氧傳感器信號)，用示波器來觀察可以從波形中發現端倪。示波器就像一把尺子，它可以測量計算機系統工作狀況，通過示波器可以觀察到汽車電子系統是如何工作的。
　　2.示波器在汽車故障案例中的應用
　　當汽車的電子設備或線路出訊號產生器故障時，就需要維修人員著手采集所有相關的數據。示波器能顯示電路中電子運動的軌跡，其方法是將電壓隨時間的變化以曲線的方式顯示出來，所示電壓的大小取決於電路中的電流和電阻。根據示波器上電壓隨時間變化的情況，就可以判斷電路中到底出了什麼問題。要使示波器發揮出最大的功效，就需將所采集到的波形進行對比。
　　第三維：亮度調制工程師一般以為數字存儲示波器(DSO)是一種用圖形方式顯示電壓—時間關系的二維儀器。但示 波器實際存在著第三維：Z軸。第三 維示出連續波形亮度等級，它是信號在特定 X-Y位置所產生頻度的函數。在模擬示波器中，亮度調制是電子束掃描示波器矢量型顯示的天然現象。因為早期受到數字顯示技術的限制，在數字示波器代替模擬示波器的同時，也丟失了這第三維的亮度調制。現在恰是合浦還珠的良機。
　　當您查找信號異常，特別是在頻譜分析儀觀察複合調制模擬信號，如視頻信號，磁頭讀寫信號和數控馬達驅動信號時，顯示亮度等級長短常重要的。對於汽車、產業和消費品市場中各式各樣的嵌入式微處理器和微控制器混合信號應用，亮度等級也是極有匡助的。即使您是觀看純數字波形，亮度等級也能給出有關沿抖動、垂直噪聲和異常事件泛起率等統計信息。
　　近來，所有主要數字示波器廠商都已開始提供Z軸亮度等級，以仿效模擬示波器的顯示質量，並取得不同程度的成功。
　　複合調制的模擬信號應用
　　假如您的工作要用到複合調制 信號，您就需要有足夠顯示質量的 示電子負載波器，使您能首先觀看大的圖景， 然後通過放大察看信號細節。
　　量化顯示質量
　　示波器的顯示質量首先是一個 主觀性的題目。比較各種數字示波 器顯示質量的最好方法是把它們並 排放在一起，用各種信號進行視覺比較，就如我們在本文所做的工作。 但並排評估不同廠商數字示波器的 方法並非始終可行。
　　盡管不願武斷地宣稱某種示波 器的顯示質量優於其它示波器，但 為進行比較，我們仍是試圖量化顯 示質量。數字示波器有三個對顯示質量有貢獻的特性：顯示像素數，亮 度等級數，以及映射到示波器顯示 的數字化點數。因為示波器采用XGA顯示(768 x1024)， 您可直接推斷它有 786,000 像素的 顯示分辨率。但並非所有這些像素都用於波形顯示。有些像素用於柵 格外的菜單顯示。在 768 x1024 像素 中只有 640 x1000 用於波形顯示。此外，因為該示波器的實時數字化是 基於8bit模數轉換器，因此對於實際 波形顯示，在 640 個可用垂直像素 中，實際使用的僅為 256垂直像素。 也就是要把 8,000,000個數字化點實 時映射到 256,000 像素的最大淨波 形像素分辨率。
　　把高達8,000,000 個數字化點映 射到 256,000 個像素位置，意味著當觀察複雜信號時，在示波器垂直標度范圍內的多個象素點，將會在每 次示波器采集時被多次“擊中”。各 像素的擊中次數確定其亮度等級。 示波器劃定 256級 亮度。假如某特定像素僅擊中一次， 它得到的是最小可觀察亮度。得到256 次或更多擊中的像素有最大亮度。把示波器的像素分辨率乘以亮 度級，我們就能量化數字示波器的 相對顯示質量。使用這一公式，計算 得到示波器的顯示 質量約為 65M 像素級。

示波器功能提升之後如何選擇

　　由於電子技術的發展，示波器的能力在不斷提升，其性能與價格也五花八門，市場參差不齊。示波器看似簡單，但如何選擇，也存在許多問題。下面從幾個方面告知您在選擇示波器時應注意的問題：
　　一、了解您需要測試的信號
　　您要知道用示波器觀察什麼?您要捕捉並觀察的信號其典數位示波器型性能是什麼?您的信號是否有複雜的特性?您的信號是重複信號還是單次信號?您要測量的信號過渡過程的帶寬，或者上升時間是多大?您打算用何種信號特性來觸發短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等?您打算同時顯示多少信號?您對測試信號作何種處理?
　　二、選擇示波器的核心技術差異：模擬(DRT)、數字(DSO)、還是數模兼合(DPO)
　　傳統的觀點認為模擬示波器具有熟悉的控制面板，價格低廉，因而總覺得模擬示波器“使用方便”。但是隨著A/D轉換器速度逐年提高和價格不斷降低，以及數字示波器不斷增加的測量能力和實際上不受限制的測量功能，數字示波器已獨領風騷。但是數字示波器顯示具有三維的缺陷、處理連續性數據慢等缺點，需要具有數模兼合技術的示波器，例DPO數字熒光示波器。
　　三、確定測試信號帶寬
　　帶寬一般定義為正弦波輸入信號幅度訊號產生器衰減到-3dB時的頻率，即幅度的70.7%。帶寬決定示波器對信號的基本測量能力。如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法測量高頻信號，幅度將出現失真，邊緣將會消失，細節數據將被丟失;如果沒有足夠的帶寬，得到的信號所有特性，包含響鈴和振鳴等都毫無意義。
　　一個決定您所需要的示波器帶寬有效經驗——“5倍經驗准則”：將您要測量的信號最高頻率分量乘以5，使測量結果獲得高於2%的精度。
　　在某些應用場合，您不知道你的感興趣的信號帶寬，但是您知道它的最快上升時間，這時頻率響應用下面的公式來計算關聯帶寬和儀器的上升時間：Bw=0.35/信號的最快上升時間。
　　數字示波器帶寬有兩種類型：重複(或等效頻譜分析儀時間)帶寬和實時(或單次)帶寬。重複帶寬只適用於重複的信號，顯示來自於多次信號采集期間的采樣。實時帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率，且當捕捉的事件不是經常出現或瞬變信號時就更為重要，實時帶寬與采樣速率緊密聯系。
　　帶寬越高越好，但是更高的帶寬往往意味著更高的價格，因此應按照預算來選擇您要觀察的信號頻率成分。
　　四、A/D轉換器的采樣速率(或采樣速度)
　　單位為每秒采樣次數(S/s)，指數字示波器對信號采樣的頻率。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丟失的概率就越小。
　　如果需要觀測較長時間范圍內的慢變信號或電子負載低頻信號，最小采樣速率就發揮了作用，為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數，需要調整水平控制旋鈕，而所顯示的采樣速率也將隨著水平調節旋鈕的變化而變化。
　　如何計算采樣速率?計算方法取決於所測量的波形類型，以及示波器所采用的信號重建方式，例正弦插入法，矢量插入法等。為了准確地再現信號並避免混淆，奈奎斯定理規定：信號的采樣速率必須不小於其最高頻率成分的兩倍。然而，這個定理的前提是基於無限長時間和周期連續的信號。由於示波器不可能提供無限時間的記錄長度，而且從定義上看，低頻幹擾是不連續的，也不是周期的，所以采用兩倍於最高頻率成分的采樣速率通常是不夠的。
　　實際上，信號的准確再現取決於其采樣速率和信號采樣點間隙所采用的插值法，即波形重建。一些示波器會為操作者提供以下選擇：測量正弦信號的正弦插值法，以及測量矩形波、脈沖和其他信號類型的線性插值法。
　　有一個比較采樣速率和信號帶寬時很有用的經驗法則：如果您正在觀察的示波器有內插(通過篩選以便在取樣點間重新生成)，則(采樣速率/信號帶寬)的比值至少應為4∶1;無正弦內插時，則應采取10∶1的比值。
　　五、屏幕刷新率也稱為波形更新速度
　　所有的示波器都會閃爍，示波器每秒鍾以特定的次數捕獲信號，在這些測量點之間將不再進行測量，這就是波形捕獲速率，也稱屏幕刷新率，表示為波形數每秒(wfms/s)。一定要區分波形捕獲速率與A/D采樣速率的區別。采樣速率表示示波器在一個波形或周期內A/D采樣輸入信號的頻率;波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。波形捕獲速率取決於示波器的類型和性能級別，且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會提供更多的重要信號特性，並能極大地增加示波器快速捕獲瞬時的異常情況，如抖動、矮脈沖、低頻幹擾和瞬時誤差的概率。

　　一般來講，模擬示波器由於電路簡單，其屏幕刷新率較高，而數字存儲示波器(DSO)使用串行處理結構每秒鍾可以捕獲10到5000個波形。為了改變數字示波器屏幕刷新率低的問題，數字熒光示波器采用並行處理結構，可以提供更高的波形捕獲速率，有的高達每秒數百萬個波形，大大提高了捕獲間歇和難以捕捉事件的可能性，並能讓您更快地發現信號存在的問題。