数字示波器时间准确度的检定

　　0　引言

　　近几年来,数字示波器因其具有存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良性能而逐步取代了模拟示波器。由于数字示波器与模拟示波器在原理上的不同,所以检定方法也有很大差别。本文就数字示波器扫描时基的技术指标、检定方法及误差分析进行探讨。

　　1　数字示波器的技术指标

　　模拟示波器一般采用阻容充放电电路形成锯齿波扫描线,因为扫描时基各档位的阻容值不同,所以其误差也不相同,故必须检定每档的扫描速率。而数字示波器则是利用数字采样原理采集波形,因而所有在时间轴上的测量准确度均由示波器内部的时间基准来统一保证,其中包括扫描时基各档位的扫描速率、延迟时间、时间间隔自动测量等。数字示波器技术指标的一般形式为(以HP54502A示波器为例):

　　式中,s/div为测试所用档位的扫描速率;delta-t为所测量的时间间隔。技术指标共由三部分组成:2%×s/div为水平显示分辨力,即点误差(±1dot),由于点误差对于数字化量总是存在的,故一般不用检定*;0.01%×delta-t为内部时间基准误差(0.01%);500ps为触发晃动、噪声等因素引入的误差。数字示波器的检定将围绕这三项来进行。

　　2　检定方法

　　数字示波器一般可参照仪器说明书中的校准方法来检定。但由于许多计量实验室可能不具备说明书中所列的校准设备,而且有些说明书中的校准方法也常会出现错误或者校准不完善的情况,因此,就要求检定人员正确地进行误差分析,灵活地拟定合理的检定方法,此外,还须注意的是,被检仪器应在其说明书的技术指标所规定的状态下进行检定,如获取的平均次数的设置等。

　　下面以检定HP54502A示波器(以下简称HP54502A)为例。所采用的标准设备为美国韦夫特克公司的Wavetek 9500示波器校准仪(以下简称9500),其技术指标如下:

　　时标准确度:±1×10-5

　　时标晃动:≤10ps

　　时标上升/下降沿:1ns

　　测量HP54502A的“触发延迟时间(delay)”与“标准时间间隔”之间的误差。标准时间间隔(Ts)取Ts=1ms×1000=1s,即1000个1ms标准时标的时间间隔,HP54502A的触发延迟时间设定为delay=1.00000s。

　　以触发电平点(水平中线)为基准,测量触发后第1001个时标偏离“触发参考线”的距离,可用双游标测量。若时标偏左,则结果为“-”;若时标偏右,则结果为“+”。当时标偏右时,如果该时标超出显示屏的显示范围,则可通过测量第1000个时标与“LEFT(左)触发参考线”的距离来获得。当测量结果的相对偏差值<±0.01%时为合格,例如,当测得时标偏左10.0136μs时,相对偏差为-10.0136μs1s≈-1.0×10-5,判为合格。