示波器的平均值參數(shù)、參數(shù)的統(tǒng)計平均值及波形平均算法_第1頁
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文檔簡介

1、精選文檔示波器的平均值參數(shù)、參數(shù)的統(tǒng)計平均值及波形平均算法兼答“一周一問”之No.006問文檔編號:HWTT0065示波器的平均值參數(shù)、參數(shù)的統(tǒng)計平均值及波形平均算法兼答“一周一問”之No.006問汪進進,王雨森深圳市鼎陽科技有限公司N0.006問:平均值的物理意義及其和FFT的關(guān)系今日問個簡潔的問題:示波器測量參數(shù)的平均值算法的物理意義是什么?平均值是否等于FFT的直流(0Hz)的大???- 這個問題很簡潔,簡潔得都沒人想理睬。 但是就看這三個回答還是能撩人興致的,看了后甚至有一下子被蒙住了的感覺?;卮?:大海象平均值對于周期信號來說,是直流重量,其等于0hz fft,但是對于非周期信號來說,

2、平均值不等于0hz大小,物理意義上為積分"平均值對于周期信號來說,是直流重量,其等于0hz fft,但是對于非周期信號來說,平均值不等于0hz大小。" 這個回答是對的,但為什么平均值在物理意義上是積分呢? 積分的物理意義又是什么? 我不理解這后半句哦?;卮?: d.sen示波器測量參數(shù)的平均值指的是正弦溝通電全波整流并完全濾波后的電壓。對正弦波而言,平均值的意義就是全波整流后,頻域上的直流重量。這里面正弦波理解為周期性信號,所以平均值就是直流重量。結(jié)論和第1個回答是全都的。 回答2: 葉葉平均值在數(shù)學上是微分方程在一個周期內(nèi)的平均值一樣的算法,這個微分方程就是我們所測的波形

3、,物理意義并不是0Hz的大小,而是要算出包含全部的高頻重量后的數(shù)學平均值。 這個說法看不太懂了,跪求大師給出具體解釋哦。 當我啟動了宏大的搜尋引擎搜尋"平均值"三個字之后,得知“平均值”是初二數(shù)學上的那點學問了。即使我們再怎么提倡“No Stupid Question”,當利用鼎陽硬件智庫“一周一問”的貴重資源,一周只有一問,這一問該是多么細心設(shè)計,怎么就問這個問題呢?! 其實這問題是知用電子的老板、“技術(shù)狂人”樊博士問我的。他最近在癡迷于搞EMI傳導干擾的共模和差模的分別,突然想到利用簡潔的平均值來作為信號的直流重量,而且理論上和FFT的直流重量全都。 既然是樊博士這樣的

4、“俠之大者”會有這樣的問題,我特將此問題和鼎陽科技的“算法男神”確認了一下。下面是鼎陽科技“算法男神”的回答: 示波器中的平均值算法是取一幀波形的全部點做平均,就是算術(shù)平均,理論上等效于信號的直流重量,即FFT的0Hz大小。但這里有一個前提,就是一幀數(shù)據(jù)內(nèi)的溝通成分剛好是整數(shù)倍周期,假如周期數(shù)不是整數(shù),剩余的這個殘余小數(shù)周期的溝通成分是會對平均值有貢獻的(即:溝通成分沒有被完全平均掉),從而引入誤差。實際測量時做到整數(shù)倍周期不太現(xiàn)實,有用的做法是令一幀數(shù)據(jù)內(nèi)溝通的周期數(shù)盡量多(即:將時基打大,相應(yīng)的存儲深度也盡量打大),最小化殘余小數(shù)周期對平均值的影響。 下面是利用鼎陽科技SDS3054測量平

5、均值的結(jié)果,直流重量為2V,圖1是完整的5個周期,測量得到的平均值是2.01V,圖2是不完整的2個周期多一點的波形,測量得到的平均值是2.36V,和直流重量相差就比較大了。但假如捕獲更多周期的波形,即使不是整周期,測量到的平均值也是2.01V,和鼎陽科技“算法男神”的結(jié)論全都,如圖3所示。 圖1 利用鼎陽科技SDS3054捕獲完整的5個周期,測量到的平均值等于直流重量 圖2 利用鼎陽科技SDS3054捕獲完整的2個周期多一點,測量到的平均值和直流重量的偏差比較大 圖3 利用鼎陽科技SDS3054捕獲完整的更多的周期,雖然不是完整周期數(shù),測量到的平均值等于直流重量 還要留意到的一點是,在平均值參

6、數(shù)mean的統(tǒng)計打開之后,左邊列表中又有mean字樣。它的含義其實是一目了然的,表示測量了“平均值”men這個參數(shù)很多次之后的的算術(shù)平均值,譬如圖3中捕獲了30次波形,每次獲得一個平均值mean,那么30次平均值的結(jié)果相加再除以30就是平均值的多次測量結(jié)果的平均值。假如多次累計測量之后,平均值的平均值和平均值的最大值、最小值相差很大,就說明是有個別的參數(shù)值“漂移”很大。在時鐘抖動測量中,測量“周期”這個參數(shù),“漂移”的最大值減去最小值就是定時抖動的峰峰值抖動了。 但是,假如從示波器的參數(shù)“平均值”再扯到波形的平均算法,就扯得更遠了。 下面是來自鼎陽科技“黃埔二期”優(yōu)秀畢業(yè)生王雨森寫的關(guān)于示波器

7、的波形平均算法。這位優(yōu)秀畢業(yè)生將鼎陽科技智能示波器SDS3000的Pass/Fail功能、 波形平均功能、保存歷史波形再回調(diào)功能以及多個運算軌跡同時打開的功能等一起玩上了。讀完之后,我不禁對智能示波器SDS3000驕傲了一把。 假如你有什么疑問,歡迎提出來。示波器的波形平均算法 王雨森,深圳市鼎陽科技有限公司案例分析:近來,在為X公司解決關(guān)于脈沖幅值的測量問題時,通過示波器的余輝功能發(fā)覺,信號的幅值并不穩(wěn)定。一部分脈沖可以達到傳輸要求,而另一部分則是消滅欠幅的狀況。為了分析問題所在,工程師首先要將兩種不同的信號分別出來,然后進行去除噪聲影響的平滑處理,以精確測出符合要求的脈沖平均幅值是多少,在

8、規(guī)格外的脈沖平均幅值又是多少?,F(xiàn)在,我們需要一種方法來分別兩種不同的脈沖,鼎陽的SDS3000示波器供應(yīng)有pass/fail功能,可以在一幀信號的基礎(chǔ)上制作一個判定的模板,然后對通過測試的波形進行平均或者其他數(shù)學運算。這樣就完成了對信號的區(qū)分和判定。測試后發(fā)覺信號C1中的部分波形符合之前設(shè)置的偏差模板,示波器此時可以將這個波形保存到內(nèi)部存儲深度M2中。然后對這些符合偏差模板的信號進行平均運算,圖1中下方的波形就是平均運算之后的結(jié)果。圖1同樣的,也可以對不符合偏差模板的脈沖進行平均運算,減小隨機噪聲產(chǎn)生的影響。假如需要對符合與不符合的兩種脈沖進行直觀的對比分析,可以同時打開F1和F2,對兩者的平

9、均結(jié)果做對比。對比圖中幅值較低的跡線為F1,它是M1經(jīng)過數(shù)學運算之后的平均結(jié)果,假如波形中有任意一個點在模板之外,那么當前這一幀波形就會被添加到平均的計算中。幅值較高的跡線為F2,它是M2的平均結(jié)果,只有符合模板外形的波形才會被添加到平均運算中。對比如圖2所示。圖2 在使用示波器的平均算法時,需要先設(shè)置平均的樣本數(shù)N,當采集的次數(shù)n小于N時,示波器接受穩(wěn)定平均算法,屏幕上會依次顯示每一次采集數(shù)據(jù)添加到平均中的波形,知道采集數(shù)量達到預(yù)先設(shè)置的樣本數(shù)N。穩(wěn)定平均算法可以進行連續(xù)的求和平均,不需要多次重復(fù)計算已采集的數(shù)據(jù),數(shù)學推導過程如下:A1=X1A2=(X1+X2)/2=(A1+X2)/2A3=

10、(X1+X2+X3)/3=2A2/3+X3/3An=An-1(n-1)/n+Xn/n該算法只需要記錄前一次平均的結(jié)果和當前采集到的數(shù)據(jù),就可以計算出本次平均的結(jié)果。在采集次數(shù)達到N之后,示波器的平均計算方法變成指數(shù)平均法。下面以樣本數(shù)N等于3為例,在第三次采集之后,每增加一個樣本數(shù)后,進行如下的運算:A4=2A3/3+X4/3A5=2A4/3+X5/3A6=2A5/3+X6/3An=(N-1)An-1/N + Xn/NAn=An-1 +(Xn-An-1)/N 從公式中可以發(fā)覺,示波器將前一次平均所得結(jié)果取N-1/N的權(quán)重,當前這次采集所得的樣本數(shù)據(jù)占1/N權(quán)重。從某種意義上來說,示波器在做平均算法時很“公正”的將每一個每一個數(shù)據(jù)都“考慮”在內(nèi)。而不是如我們所想,采集到N個數(shù)據(jù)做完平均之后,直接舍棄這些樣本,重新采集下一批數(shù)據(jù)。而我們在示波器屏幕上用肉眼觀看到的現(xiàn)象則是,示波器在使用平均算法時,信號受噪聲的影響所產(chǎn)生的毛刺漸漸削減

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