深入分析示波器測試中的假波現象

　　在工程師使用示波器測量信號時，可能會發現不同的時基檔下所測到的波形頻率不同。如果這個信號并非是疊加信號，那么可能就是示波器出現假波現象了。本文重點分享示波器假波現象的形成原因以及處理方法。

　　一、數字示波器的假波現象

　　圖 1.數字示波器觀察到的假波現象

　　在使用數字示波器時，是否會遇到輸入信號頻率為10MHz，而示波器測量出來卻是遠小于10MHz頻率的信號波形，你可能會認為這是一個高頻率小信號疊加低頻率大信號，請不要急著做這樣的結論，可能此時已經出現了假波現象了。

　　圖1給出信號實際波形和假波的圖形，從圖中可以直觀的看出假波和實際波形的區別。隨后會討論假波形成原因、特征以及如何判斷測量中是否出現假波現象。

　　二、假波現象形成的原因

　　了解假波現象如何形成，就得要知道數字示波器的工作原理。圖2是數字示波器工作原理框圖，與模擬示波器不同，數字示波器通過模數轉換器(ADC)把被測電壓轉換為數字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止。對樣值存儲后，數字示波器再重構波形。顯然示波器是否能重現真實的信號波形，其中關鍵的步驟就是采樣。根據奈奎斯特抽樣定律，要保證信號在恢復時不發生混迭現象和失真，采樣率至少為信號最高頻率帶寬的2倍以上。可想而知，如果示波器采樣速率不高，無法建立起精確的波形記錄時，就會出現假波現象，如圖1所示顯示為低頻信號波形，或者觸發顯示為不穩定的波形。

　　圖 2.數字示波器工作原理框圖

　　三、假波現象的判斷方法

　　在實際測量中可以通過以下4個方法判斷示波器測量的波形是否為假波。

　　注：測試輸入為10MHz，峰峰值800mV的正弦波信號。所用示波器是廣州致遠電子有限公司自主研發的ZDS1104，帶寬100MHz，最大采樣率1GSa/s，最大儲存深度28MKpts，支持4通道輸入。

　　1.旋轉“t/div”旋鈕改變水平時基檔，如果波形形狀劇烈變化，則可能出現假波現象。

　　圖 3.水平時基20us/div、采樣率50MSa/s

　　圖 4.水平時基100us/div、采樣率10MSa/s

　　從圖3和圖4中可以看出，當水平時基檔從“20us /div”增加到“100us /div”時，波形發生劇烈變化，頻率為10MHz的信號示波器測量為4.98KHz，可以判斷時基檔在“100us /div”出現波形為假波。

　　數字示波器采樣率fs和水平時基檔(t/div)有如下關系：

　　其中數字示波器最大采樣速率N是一個定值，可知水平時基檔越大，采樣率越小。水平時基檔增加到“100us /div”時，采樣率也從50MSa/s減小到10MSa/s，根據奈奎斯特抽樣定律，此時的采樣率小于信號頻率的2倍，也就不能正確的重現波形了。