扫盲贴：示波器测试测量误差探讨 zt

minidso

一、测量误差的定义
    一般来讲：在进行任何测量过程中，由于测量方法的不完善，测量设备、测量环境以及人的观察力等都不可避免的出现一定的误差，而使测量结果受到歪曲，使测量结果与被测真值之间存在一定差值，这个差值即是测量误差。
    这里重点探讨测量设备的因素带来的误差,误差通常分为幅度相关（电压）误差和时间相关误差,了解误差的来源，才能尽量避免和减小误差。


客户经常碰到的案例及情景


1、触发抖动怎么这么大？
2、测试出的电压怎么相差这么多啊？
3、时间间隔误差怎么这么大？
4、我的信号怎么是个这形状？
5、小噪声怎么分离出来啊？
6、波形好像有异常，但是不知道发生了什么？
7、FFT变换频谱误差有多大啊

2，幅度方面误差的来源包含哪些？（测试出来的值和理想值之间的误差）


幅度误差还包括量化误差？怎么引起的？


模拟信号转变成数字信号时，ADC采样芯片的位数决定了这个误差的大小，因为位数决定了能把信号最多分成多少等分
N比特垂直精度的数字化仪将一个模拟电压转换为N比特的数字
# Bits resolution
    8  255:1
    N   (2n - 1):1
数字化的输出采用带符号的二进制格式
采用带符号的二进制,屏幕顶部产生的代码是 +127, 屏幕中间是 0, 屏幕底部是 -128

ENOB（有效比特位）决定了最终的量化误差,本底噪声也会贡献幅度的误差


幅度误差还包括幅频响应的贡献：频响曲线


结论：同一示波器测试不同频率同幅度正弦波，幅度结果不一致！

幅度误差还包括探头引入的误差

结论：
1，能用电缆时不用探头
2，能用短的地线，不用长地线，地线越短越好。
3，长的地线和信号线形成环路，环路面积越大，拾取空间辐射的干扰越多。

时间方向的误差
采样时钟本身误差，采样位置是否出现在理想位置


采样芯片叠加采样误差及内插误差


触发抖动是指示波器测量的触发点与理想的触发位置的偏差，尤其是市场上几乎都是模拟触发,即使软件修正，触发抖动也较大，RTO的数字触发抖动在500fs,示波器的底噪声会转换为抖动测量的不确定性


避免和改进误差的解决方案
误差大小不是由ADC的设计位数决定的，而应该是示波器的系统ENOB（有效比特位）决定
使用平均算法：
     对于稳定的信号，可以采用平均的算法来去除噪声，从而减小误差


使用好的电缆和探头
     好的探头代表着说频响好，和示波器匹配程度高，接地线足够短，差分探头一定是共模抑制比指标好


使用统计功能
     用统计功能来获得一定置信区间的最大值，最小值，平均值，方差值


使用噪声滤波器方法
    软件方式实现采样比特位的提升，实际上是用噪声滤波器过滤噪声，提高测量精度

网络孤客

收藏，谢谢！

jmxxzpc

      其实可以通过 误差补偿 来提高测试精度的，今天有闲，特意对程序修改一下，误差到了可以接受范围

原代码：

     case VDC:
            if(Meter.Track == TRACK1)//&&(_1_source == CH_A))
           Tmp = (Ka1[_A_Range] +(Ka2[_A_Range]*a_Vdc + 512)/1024)* Y_Attr[_A_Range].SCALE;

修改后：

    case VDC:
            if(Meter.Track == TRACK1)//&&(_1_source == CH_A))
           Tmp =( (Ka1[_A_Range] +(Ka2[_A_Range]*a_Vdc + 512)/1024)* Y_Attr[_A_Range].SCALE) * 108 / 100;

    也就是 Tmp 的值最后 乘以 1.08 ，但直接乘 小数的话，编译时出警告，只好取用上面的办法，补偿前后测试结果对比：

实际电压               补偿前               补偿后
    3.08V                  2.84                   3.07
    3.3V                    3.06                    3.3
    5.36V                  4.93                    5.32
    19.45V                18.6                    19.3

    修改的版本是取用一剑兄的 1.07 版，当然最新版的代码还未发现，呵呵...

minidso

jmxxzpc:      其实可以通过 误差补偿 来提高测试精度的，今天有闲，特意对程序修改一下，误差到了可以接受范围

原代码：
....... (2013-07-08 22:12)

楼上的最好把你修改的程序放上来给大家试一下先，希望更多有能力修改源程序的爱好者来改进我们的袖珍示波器。